Sistemas tecnológicos alternativos para la protección ... · 1.7 Bioingeniería y manejo de taludes ... Talud en proceso de erosión antes de los trabajos de adecuación, ubicado

“Sistemas tecnológicos alternativos para la protección vegetal en taludes”

Ángela Patricia Castillo Giraldo

Ingeniera agrónoma

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Escuela de Geociencias

Medellín, Colombia

2017

“Sistemas tecnológicos alternativos para la protección vegetal en taludes”

Ángela Patricia Castillo Giraldo

Monografía presentada como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Geomorfología y Suelos

Director:

Ph.D. Ramiro Ramírez Pisco

Profesor Asociado

Facultad de Ciencias

Línea de Investigación:

Propiedades Físicas de Suelo y Manejo de la Conservación de Suelos

Grupo de Investigación:

AGROXUE

Plantas de Energía

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Escuela de Geociencias

Medellín, Colombia

2017

Ahora el cielo no es el límite

Wayne Diyer

Se lo dedico primordialmente al forjador de

mi camino y mi amigo inseparable el Padre

Celeste que me ha dado lo que necesito para

aprender y me ha alejado de lo que me desvía de

mis sueños.

A mi madre Martha quien me dio todo lo

que necesitaba y más, a mis hermanas Ana María

y Natalia y a mi sobrina Isabella y a Juan. Quienes

componen mi familia y simplemente son el amor

en mi vida y la razón por la que cualquier sacrificio

valga la pena.

Al profesor Ramiro Ramírez quien me

enseñó la importancia de hacer el trabajo con

entrega y pasión, a los agricultores quienes con su

trabajo y sudor nos demuestran a todos que los

verdaderos conocedores vienen del origen más

sencillo.

A mis amigos y tutores, a los que todavía

comparten mi camino y a los que ya se han ido,

siempre guardaré y atesoraré cada experiencia

imprescindible para entender el poder de los sueños.

Agradecimientos

Comparto mis más sinceros agradecimientos a el Dr. Ramiro Ramírez profesor

asociado de la facultad de ciencias de la Universidad Nacional de Colombia sede

Medellín, por todo el acompañamiento y asesoría que me dio para la planeación,

ejecución de actividades y seguimiento al documento resultado de la revisión.

En segundo lugar le agradezco a la empresa Rio Claro por permitirme aprender y

hacer parte de su equipo de trabajo.

Por último a los integrantes del grupo de investigación AGROXUE “plantas de

energía” quienes me han apoyado en la búsqueda de la información y organización

de conceptos

Contenido

Pág.

Introducción.......................................................................................................................1

1. Marco teórico y conceptual ......................................................................................... 4 1.1 Erosión ................................................................................................................... 5 1.2 Ecuación universal de pérdida de suelo ................................................................ 6 1.3 Metodología para la determinación del factor erodabilidad entre surcos (k i) del modelo de predicción de erosión por agua (WEPP) ........................................................ 8 1.4 Actividades antrópicas que generan erosión....................................................... 11 1.5 Descripción de un talud........................................................................................ 12 1.6 Premisas generales para el manejo de la erosión .............................................. 14 1.7 Bioingeniería y manejo de taludes ....................................................................... 17 1.8 Técnicas para la estabilización de taludes .......................................................... 22

1.8.1 Enramados, fajinas o estacas ........................................................................... 24 1.8.2 Entretejido de taludes ........................................................................................ 25 1.8.3 Cubrimiento con fibras....................................................................................... 25 1.8.4 Hidrosiembra ..................................................................................................... 28 1.8.5 Cajuelas ............................................................................................................. 30 1.8.6 Cespedones ....................................................................................................... 30

2. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................... 31 2.1 Conclusiones ............................................................................................................. 31 2.2 Recomendaciones .................................................................................................... 35

3. Bibliografía .................................................................................................................. 37

Lista de figuras

Pág. Figura 1-1. Nomenclatura de un talud convencional. Talud ubicado en la vía Carolina

del príncipe-Guadalupe. Foto de Angela Castillo. ........................................ 14

Figura 1-2. Talud en proceso de erosión antes de los trabajos de adecuación, ubicado

en la vía Caucasia-Zaragoza. ....................................................................... 14

Figura 1-3. Trabajos de perfilado (izquierda) y adecuación del talud (derecha) ubicado

en la vía Caucasia-Zaragoza. ....................................................................... 15

Figura 1-4. Trabajos de perfilado (izquierda) y adecuación del talud (derecha) ubicado

en la vía Santafé de Antioquia-Liborina. ....................................................... 15

Figura 1-5. Construcción de canales de coronación para la salida de aguas

superficiales. .................................................................................................. 16

Figura 1-6. Proceso de evolución en la revegetalización de un talud, realizando los

trabajos de forma adecuada. Talud vía Caucasia-Zaragoza ....................... 22

Figura 1-7. Talud en escalera para disminuir la velocidad de recorrido del agua

superficial, ubicado en la vía Carolina de Príncipe-Guadalupe .................... 24

Figura 1-8. Trabajos de cubrimiento con fibra de coco para taludes ubicados en la vía

Santafé de Antioquia-Liborina. ...................................................................... 26

Figura 1-9. Trabajos de hidrosiembra realizados en el talud ubicado en la vía Santafé

de Antioquia-Liborina. .................................................................................... 29

Lista de tablas

Pág.

Tabla 1-1. Influencia del sistema de raíces de cuatro especies vegetativas sobre la

resistencia del suelo a los movimientos masales. ........................................ 18

Tabla 1-2. Acción del sistema de raíces de cuatro especies de plantas sobre la

resistencia del suelo a los movimientos masales. ........................................ 18

Introducción

En el departamento de Antioquia como a lo largo de todo el país (Colombia), se observan

procesos erosivos en la mayoría de taludes e incluso reportes de deslizamientos que en

algunos de los episodios han tenido desenlaces fatales como son pérdidas de vidas

humanas, pérdidas de bienes materiales y destrucción del ambiente natural. Algunos

ejemplos de estos eventos han sido los deslizamientos que ocurrieron en la “Doble

Calzada” a Las Palmas el 3 de noviembre de 2016, la Carretera Medellín–Urabá 3 de

diciembre de 2016 y el desastre que cobro vidas humanas en la vía Medellín – Bogotá el

26 de octubre de 2016.

Pero, por qué se presentan estos episodios en las vías, si cuando se hacen las

concesiones para construcción de carreteras está contenido dentro de su marco la

elaboración de los trabajos para perfilación y contención de taludes, los cuales deben

partir de un estudio serio sobre las obras más apropiadas para realizar según la

pendiente, el origen del material, la precipitación de la zona y la vegetación nativa.

Como parte a esa problemática es importante hacer una revisión exhaustiva de los

principales autores que dominan este tema en Colombia, para realizar una evaluación

concienzuda de los factores que están afectado el buen desempeño de un trabajo de

contención y tomar cartas en el asunto para cambiar esta circunstancia que tiene un

costo alto en cuanto a vidas humanas y pérdidas económicas. Evitando realizar

nuevamente los trabajos de contención que en muchos casos vuelven a presentar

deslizamientos en un tiempo bastante corto.

Se ha estudiado que los problemas de pérdida de suelo en el trópico se dan por la

degradación de suelos, agua y la contaminación ambiental. Según la FAO (2015) “el área

degradada en el trópico por diferentes procesos se estima en 915 x 106 hectáreas por

2 Sistemas tecnológicos alternativos para la protección vegetal de taludes

erosión hídrica. Sin embargo, la degradación del suelo está empeorando en vez de

mejorar, con más del 20% de las tierras agrícolas afectadas, el 30% de los bosques y el

10% de los pastizales”.

Según Sánchez, E., Ahmed, K y Awe, E. (2007), la degradación del suelo en Colombia

“representa casi el 0,8% del Producto Interno Bruto – PIB, en donde en conjunto, los

daños por problemas sociales y ambientales se estima corresponden al 3,7% del PIB.

Para la mitigación del problema, Serna, (2007) señala que “las Corporaciones

Autónomas Regionales en Colombia invirtieron para el período 1994-2005 cerca de dos

billones de dólares”

Olmos y Montenegro (2004) presentaron una investigación del Instituto Agustín Codazzi

liberada en el año 2002 en donde se mencionó que el 40% de nuestro territorio presenta

erosión de muy ligera a muy severa y la zona andina es la más afectada con un 88% de

erosión hídrica, aumentada por las prácticas culturales inadecuadas y la presencia de

pendientes inclinadas. La pérdida de suelo aumenta por la presión demográfica, falta de

conocimiento sobre la metodología para evaluar la erosión potencial, falta de orientación

a los agricultores y dificultades para la toma de decisiones acertadas (Rivera, 1999a).

Por otro lado López (2012) comenta que la temporada invernal reportada en el año 2010,

aunque no tienen inventarios detallados de desastres, se calculó en alrededor 12 billones

de pesos, que los colombianos pagaron por la reconstrucción de las carreteras afectadas

hasta la fecha.

Es aún más preocupante en el departamento de Antioquia, ya que cuenta con una gran

diversidad de pisos térmicos al estar cruzado por las cordilleras central y occidental

caracterizándolo por tener unas condiciones topográficas, geológicas y geomorfológicas

muy variadas. Dichas condiciones combinadas con las variables climáticas que le dan la

altura sobre el nivel del mar y las condiciones específicas de microclimas y fenómenos de

movimientos eólicos en las subregiones, hacen de su territorio un escenario propicio para

la ocurrencia de gran variedad de eventos naturales.

Según el plan de desarrollo de la Gobernación de Antioquia (2012-2015) se reporta que,

los principales fenómenos naturales que han afectado al departamento en los últimos 25

años son: los deslizamientos con un 35% del total de los eventos reportados, las

Introducción 3

inundaciones el 25%, los vendavales el 12%, y las avenidas torrenciales el 4.5%.

Ocasionando pérdidas de vidas humanas, daños en la infraestructura física de los

municipios, costosas intervenciones financieras y pérdidas del ambiente natural.

En un reporte presentado como parte del plan de desarrollo de la Gobernación de

Antioquia (2012-2015) se hace hincapié en las condiciones de la infraestructura actual, la

cual presenta importantes y costosas falencias y las dificultades que estas generan en la

conectividad que requiere el departamento para cumplir con plan de desarrollo y

presencia de los entes gubernamentales y acompañamiento en los municipios.

En donde se hace la aseveración “de continuar la tendencia de deterioro de la

infraestructura física del departamento, varias subregiones se verán afectadas en su

desarrollo y se agravarán aún más los problemas sociales, de pobreza y ambientales,

debido a que la mayoría de los municipios del departamento no tienen capacidad

financiera para darle adecuado mantenimiento a la red vial terciaria o desarrollar obras

de infraestructura”.

Entonces, por toda la problemática antes mencionada y con la urgente necesidad de

cambiar y mejorar los problemas de erosión antrópica que están presentes de forma

permanente o como enemigo latente, se espera que la revisión de este tema sea esa

fuente de información eficaz para la toma de decisiones y planes de trabajo en la

construcción y mantenimiento de obras civiles o agrícolas que generen disminución de

costos y eficiencia en la labor.

Se espera que de toda la información pertinente para planificar, como debe ser, la

construcción y el manejo de un talud, teniendo en cuenta que no es una revisión sobre

geotecnia o ingeniería civil, el enfoque de este documento será los factores que generan

erosión, la descripción de un talud, junto con las actividades básicas que se deben tener

en cuenta en la evaluación, antes de hacer los trabajos de bioingeniería porque el interés

principal es evaluar según una adecuada perfilación las alternativas de cubrimiento y el

sistema de revegetalización más adecuado.

4

1. Marco teórico y conceptual

El suelo ha sido objeto de investigación, observación y desconocimiento durante toda la

historia del hombre por la interpretación que aún se está construyendo, para conocer su

comportamiento natural dinámico. Según Baker y Duque (2007), es un recurso natural

formado por materiales orgánicos y minerales que cubren la corteza terrestre, y

constituye uno de los recursos más valiosos de una nación, junto con el agua. Cuando la

pérdida del suelo por la erosión es más rápida que su formación, se considera de alto

riesgo, el proceso de degradación a través del tiempo.

Según Soil Survey Staff (1999), el suelo es un cuerpo natural compuesto de sólidos

(minerales y materia orgánica), líquidos y gases que ocurren en la superficie de la tierra,

ocupa un espacio y se caracteriza porque tiene horizontes o capas que se diferencian del

material inicial, como resultado de las adiciones, pérdidas, translocaciones y

transformación de energía y materia, o porque es capaz de soportar plantas arraigadas

en un ambiente natural.

Además de sus características composicionales, en este orden de ideas Lal (1998)

menciona sobre el tema, “el suelo sufre de algunos procesos naturales (derrumbes,

terremotos, tormentas) y procesos antrópicos debidos al uso y manejo inadecuados y

pueden conducir a la degradación de este componente ambiental”; afectando

negativamente su capacidad para cumplir con sus servicios ambientales y de regulación

de los ecosistemas.

Los problemas de deslizamiento parten desde entender en sí mismo, en que consiste un

proceso erosivo y cuáles son los factores que hacen posible su ocurrencia o lo

potencializan, por este motivo se parte de los conceptos mismos de erosión, tipos de

erosión, junto con los factores que lo detonan, la descripción de un talud y tipos de

manejo para su contención y posterior adición al sistema natural circundante.

Capítulo 2 5

En Colombia los principales procesos de degradación de suelos se han enumerado de

diferentes formas, como menciona Rivera (2010) los más relevantes son:

¯ Sellamiento: suelo ocupado por construcciones urbanas e infraestructura

¯ Contaminación: presencia de residuos peligrosos de tipo sólido, líquido o

gaseoso.

¯ Desgaste: Pérdida de materia orgánica, salinización y compactación

¯ Desertificación: degradación de las tierras de zonas áridas, semiáridas y

subhúmedas secas

¯ La erosión: pérdida físico- del suelo por efecto del agua o del viento

Estos fenómenos afectan evidentemente las zonas Caribe, Andina y Orinoquia y están

empezando a evidenciarse en la Amazonia y en el litoral Pacífico, por la acelerada

deforestación, exploración minera y petrolera Rivera (2010).

Pero, para la construcción de vías que generan la formación de taludes el fenómeno que

tiene mayor importancia se explica con el concepto que vienen a continuación.

1.1 Erosión

Para el concepto de erosión existen varias denominaciones dependiendo del área de

estudio donde se enfoque la revisión.

Según Suarez (1980), “La erosión se da por el desprendimiento y arrastre de las

partículas de suelo, ocasionados ya sea por el agua y/o el viento”. Si se busca en el área

de la agronomía se encuentran descripciones como las de Hincapié y Tobón (2010)

quienes lo definen como “el proceso de desprendimiento, transporte y depósito de

agregados o partículas del suelo por efecto de agentes erosivos como lluvias, pendientes

inclinadas, inadecuado uso del suelo, escasa cobertura vegetal o pobre desarrollo de

horizontes y bajo contenido de materia orgánica”.

Desde áreas como la geología o formación del paisaje, se encuentran definiciones que

mencionan a la erosión como componente del proceso de formación, a través del cual se

alteran y moldean las formas terrestres en donde interviene el agua (ríos, mar, lluvia,


nieve), el viento, la temperatura y la gravedad (León, 2001). Se considera que es

indispensable y obligatorio para mantener el equilibrio natural de los ecosistemas.

Estos procesos geomorfológicos se relacionan para todos los conceptos de erosión con

factores internos como litología, estructura, tectónica, volcanismo, topografía y factores

externos como la temperatura, precipitación, acción de los organismos e intervención

antrópica (León, 2001).

Pero este proceso de transporte, formación y modelación del perfil naturalmente dura

varios millones de años, pero gracias al uso intensivo del suelo, la expansión de las

ciudades y los avances en tecnología y maquinaria la intervención del hombre ha

generado mayor velocidad en los procesos erosivos, se menciona ahora el concepto de

“erosión acelerada” que según León (2001), se genera cuando se cambia la vegetación

protectora e introducen otros usos al suelo, favorecido con la acción del agua y del

viento, pendiente, al usar sistemas de cultivos y herramientas inadecuadas, al talar los

bosques y/o quemar la vegetación, al construir obras civiles, etc.

Agravándose el problema, ya que en las zonas de trópico es más evidente ver áreas de

tierra sometidas a procesos degradativos, como la erosión acelerada, desertificación,

compactación, endurecimiento, acidificación, disminución del contenido de materia

orgánica, disminución de la biodiversidad y agotamiento de la fertilidad natural del suelo,

debido a que estos procesos tienen un mayor impacto en ambientes tropicales que en

ambientes templados (Rivera, 1999a).

1.2 Ecuación universal de pérdida de suelo

Se han creado numerosas ecuaciones de pérdida de suelo desde Ayres (1960), citado de

Suarez (2001), quien menciona la ecuación como en donde E es el

índice de erosión, R factor de cantidad e intensidad de lluvia, G factor de pendiente y

topografía del terreno, S Factor propiedades físicas y químicas del suelo y V factor de las

características de cobertura vegetal.

En Estados Unidos, Wischmeier y Smith (1978), citados por Rivera (1999a) formularon

una ecuación denominada “Ecuación Universal de Pérdida de Suelo”, en la cual están

involucrados los factores activos, pasivos y atemperantes, causantes de erosión. Aunque

Capítulo 2 7

esta ecuación tiene una mirada más holística, se limita a las zonas del mundo donde

tienen determinada esta información.

Dicha ecuación se presenta brevemente a continuación:

A = R.K.L.S.C.P

Los factores que se incluyen en la ecuación corresponden a: Índice de erosividad de las

lluvias (R), susceptibilidad del suelo a la erosión a través de índices de erodabilidad (K),

longitud de la pendiente (L), grado de la pendiente (S), cultivo presente(C) y prácticas de

conservación (P).

Esta ecuación empírica es de tipo paramétrica, obtenida a partir de los resultados

obtenidos en la década de los años 50 que identificaron cada una de las variables

específicas. Zinng (1940) hizo la identificación de la variable S y L, Smith (1941) entregó

la identificación de las variables C y P y Browning (1947) entregó la identificación de la

variable K (Ibañez, Moreno y Gisbert, 2012).

El objetivo es asignar a cada factor un valor que refleje en qué medida éste es importante

para generar la degradación de un lugar por erosión, de forma tal, que asignándole a

cada uno un valor adecuado a las características del terreno, se calcula la erosión

expresada en t/ha, en unidades del Sistema Internacional (Ibáñez et al., 2012).

La Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, con el doctor Horacio Rivera, han

trabajado en la consecución y determinación de factores ajustados a la zona central

cafetera como: R, índice de erosividad de las lluvias, mediante el uso de los índices de

erosión pluvial de Fournier (1975) y de Hudson (1982) citado por Rivera (2010); K,

susceptibilidad de suelo a la erosión a través de índices de erodabilidad; L, Longitud de la

pendiente; S, grado de la pendiente; C, uso en el cultivo y P, prácticas de conservación

de suelos ajustadas a partir de parcelas de escorrentía diseñadas para hacer el

seguimiento al comportamiento de estos parámetros en suelos andinos de ladera

colombianos (Melanudans), bajo sistemas de producción de café y otros cultivos (Suárez

de Castro, 1980; Gómez, 1987; Rivera, 1990; Rivera y Gómez, 1991 citados por Rivera

2010).


Aunque esta herramienta ha sido muy aportante para mejorar la predicción ante los

episodios de erosión, no es suficientemente concluyente, debido a que es directamente

proporcional a la veracidad de la información suministrada para crear la ecuación y estos

resultados solo funcionan localmente.

Como resumen de la investigación, Rivera (2010) según un trabajo realizado por Rivera

(1990a) evaluó la zona cafetera central (Caldas, Quindío y Risaralda), el factor de

erodabilidad en forma indirecta utilizando la ecuación propuesta por Wischmeier y Smith

(1978), que permite determinar el factor erodabilidad de los suelos con contenidos

máximos de materia orgánica del 12%. Esto en primera medida limita su utilización a

suelos ricos en materia orgánica y por otro lado hace que este tipo de investigaciones se

vuelvan locales para su adecuada utilización.

Es necesario entonces comprender la naturaleza de los datos que se suministran en la

ecuación modelo de predicción de erosión por agua (WEPP) para poder acceder a su

aplicación y el nivel de importancia en la predicción final.

1.3 Metodología para la determinación del factor erodabilidad entre surcos (ki) del modelo de predicción de erosión por agua (WEPP)

Como su nombre lo explica, para conocer el factor de erodabilidad Ki, primero hay que

pensar en todo el modelo necesario para hacer la predicción de los movimientos del agua

en un suelo determinado. El parámetro Ki fue extraído de la ecuación de erodabilidad del

WEPP (Elliot et al., 1989; Lal, 1994; Bajracharya et al., 1992; Bruce y Lal, 1975, citado

por Rivera, 1999a).

Se resume en la siguiente ecuación.

Di=Ki I2Sf

Dónde:

Di = Pérdida de suelo entre surcos (kg m-2 s-1). Se suman todas las pérdidas de suelo

(pérdidas por escorrentía + perdida por salpique + suelo acumulado), a excepción de las

pérdidas por percolación. El total, se divide por el tiempo del aguacero así:

Ki = Erodabilidad entre surcos (kg s m-4)

Capítulo 2 9

I2 = Intensidad de la lluvia (m s-1) = 98,4 mm = 98,4 L m-2

I2 = (98,4 x 1000 cm3)/10000 cm2 =9,84 cm h-1

I2 = 0,0984 m/3600s

I2 = 2,73x10-5 ms-1

I= (2,73x10-5 ms-1)2

I=2,73x10-10m2 s-2.

Se utiliza la pendiente de 35º, por ser la más representativa de la mayoría de los suelos

de la zona cafetera.

Factor pendiente Sf=1,05-(0,85(EXP(-4 sen(35º))))=0,96429

En los resultados obtenidos de la investigación realizada por el doctor Horacio Rivera

(1999a) se puede evidenciar:

Los suelos derivados de cenizas volcánicas Melanudands (Andisoles con régimen údico

o sea mayor evapotranspiración que precipitación, con epipedón melánico y saturación

de bases por debajo del 50%, tienen na mayor capacidad de almacenar agua por que

presentan pérdidas por escorrentía y percolación muy significativa, pero sin embargo, en

esta evaluación se menciona que para que se dé un suceso de erosión el flujo de agua

se debe volver constante, entonces se satura el suelo y hay una mayor pérdida por

escorrentía que por percolación (Rivera, 1999a).

Además, otra manera de lograr evitar la erosión es cuando existe una alta presencia de

materia orgánica del 12 al 18% (densidad aparente baja), esto permite que haya mayor

capacidad de absorción de agua el en suelos y si tienen altos contenidos de arena por su

espacio poroso más amplio que el limo o la arcilla, aumenta la percolación. Estas

condiciones son favorables para los suelos porque contrarrestan los procesos de erosión,

debido a la escorrentía como consecuencia de lluvias concentradas en periodos cortos,

pendientes inclinadas y largos recorridos (Rivera, 1999a).

Los suelos con propiedades físicas inversas a las ya mencionadas, como altos

contenidos de arcilla, poca presencia de materia orgánica, en resumen baja infiltración,

son muy susceptibles a tener pérdidas de suelo por erosión (Rivera, 1999b).


Según la investigación, el diámetro de poro mínimo para que no haya un alto flujo de

escorrentía es menor a 0,5 mm. En conclusión los suelos derivados de cenizas

volcánicas tienen una pérdida de 53,66% por dispersión de agregados y en total por

todos los agentes erosivos tienen una pérdida de 74,49%, esto dice que su principal

factor de perdida es la dispersión de los agregados.

Young y Wiersman (1973), citado por Rivera (1999a) mencionaron que “al disminuir el

impacto de la lluvia en un 89% sin bajar su intensidad, las pérdidas por erosión

disminuyen en 90%, esto predice que el impacto de la lluvia es la fuerza más importante

en la pérdida de agregación”. Así mismo, Watson y Laflen (1986), citado por Rivera

(1999a) afirman que “la socavación en cárcavas superficiales o surcos formados después

de un aguacero se da principalmente por el impacto de lluvia”.

Por otro lado Cotler, Cram, Martínez y Bunge (2014), mencionan en su investigación que

la mayor cantidad de suelo y de carbono orgánico removido se encuentra en los suelos

tipo Lu- visol, Phaeozem y Andisol (suelos relativamente más antiguos), mientras que los

suelos con menor desarrollo clasificados como Leptosol y Regosol presentan los valores

más bajos de remoción de suelo y materia orgánica.

Otros protagonistas importantes para disminuir o evitar la erosión en los suelos es la

actividad microbiológica, Según Vásquez, Amodeo y Bianchinotti (2016) “la

intensificación del uso del suelo y las prácticas agrícolas alteran negativamente la

actividad microbiana en el suelo” cuando representa más del 50% de la biomasa de un

suelo junto con todos sus subproductos conservando la estructura y humedad del suelo

que previene la erosión por degradación.

Pero aunque se conoce a grandes rasgos las variables que generan erosión no se usa su

predicción permanentemente para obras civiles de toda índole tanto a nivel de

comunidades como a nivel de poblaciones, municipios, departamentos, subregiones e

incluso países. Para entender a qué se refiere la erosión antrópica ocasionada por las

actividades que produce el asentamiento del hombre hay que conceptualizarlas.

Capítulo 2 11

1.4 Actividades antrópicas que generan erosión

Es importante establecer que las amenazas naturales terremotos, deslizamientos,

avalanchas, inundaciones son consecuencia de los procesos geológicos que han estado

modelando el suelo. La actividad humana, puede contribuir en la atenuación de algunos,

pero nunca suspenderlos permanentemente. Además que aunque algunos manejan el

tema, la mayoría de nosotros los desconocemos y subestimamos, cuando se crean

construcciones civiles de diferentes índoles modificando substancialmente el territorio, sin

las correspondientes acciones de mitigación (López, 2011).

Según la corporación autónoma regional de las cuencas de los ríos Negro y Nare

(CORNARE) (1995), la erosión puede ser originada por la implementación de proyectos

de desarrollo vial entre estos, construcción de carreteras, ferrocarriles, aeropuertos,

grandes presas, etc. (Sin embargo, gracias a la inadecuada planeación y construcción se

ha generado un impacto ambiental muy costoso, por los sobrecostos en las

reconstrucciones de taludes y de la misma forma la pérdida de suelo por eliminación de

la capa vegetal y exposición de las capas enterradas que generan movimientos del

sustrato inerte y sin agregación.

CORNARE (1995) destaca dos tipos de proyectos de relevancia para la generación del

problema erosivo como son:

Urbanismo: El proceso de construcción que tiene actividades como la remoción

de las coberturas vegetales, la excavación, y la explanación, entre otras, dejan

grandes masas de suelo expuestas a la acción de la lluvia, provocando su

desprendimiento, arrastre y transporte.

Desarrollo vial: En la construcción de carreteras se generan taludes, dejando

grandes superficies expuestas de materiales sueltos del subsuelo, con pendientes

inclinadas y desprovistas de cobertura; así, los taludes son vulnerables a la

erosión hídrica y a súbitos movimientos en masa. Bajo nuestras condiciones, de

son escasos los estudios y reportes en cuanto al manejo de la pendiente, se

asume el uso de coberturas y manejo de drenajes.


La FAO, citada por Marín (1992) comenta sobre el tema, que los procesos erosivos

ocasionados por actividades antrópicas son generados por varias actividades que hacen

parte de la construcción de obras como: 1) reducción de la cobertura vegetal nativa, 2)

pérdida de la estructura y fertilidad natural del suelo, 3)aumento del ángulo de la

pendiente y disminución en la infiltración, por efecto de la compactación al realizar obras

de terraceo y explanación, 4) pérdida de los flujos superficiales por los cortes y 5)

disminución de la resistencia al cizallamiento por la exposición del material parental.

Entre las actividades antrópicas que han generado mayor número de episodios erosivos

más visibles públicamente se encuentran los taludes generados por obras civiles, como

carreteras municipales, departamentales o nacionales, debido al tamaño de estas obras y

a los desastres naturales generados, como avalanchas o deslizamientos; es por esto,

que como parte fundamental de la evolución de erosión se debe conocer cómo se

caracteriza un talud y como se ejecuta su manejo.

1.5 Descripción de un talud

Matteis, Angelone y Garibay. (2003) lo conceptualiza como “cualquier superficie

inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las

estructuras de suelo”, pero también menciona que no se puede tomar a la ligera porque

se trata de una estructura sometida a muchas fuerzas, lo que la hace compleja y se

deben hacer estudios de mecánica de suelos, movimientos de aguas, mecánica de

rocas y evaluar el papel de la vegetación. Como otra parte de su denominación, depende

el origen del proceso erosivo, si el talud se forma naturalmente, se conoce como ladera.

Si es de origen antrópico, según el corte se realiza una excavación y se forman taludes

artificiales son los lados inclinados de los terraplenes (Matteis, et al., 2003).

Por otro lado Rico y Del Castillo, citados por Escobar y Duque (2016) comentan que son

estructuras de tierra producidas por los cortes o excavaciones, que se realizan en

proyectos de ingeniería y a diferencia de las laderas, éstos necesitan diferentes

materiales que se utilizan según la génesis del suelo o el origen del material, la

circunstancia de formación, el clima y lo más importante la influencia del hombre.

Cuando ya se habla de taludes artificiales se debe diferenciar cuando provienen de

terraplenes o perfilaciones que se hacen de una cima o cortes, porque cuando se habla

Capítulo 2 13

de terraplenes, el nivel de manejo de la contención y planeación de las obras de

ingeniería debe ser mayor ya que no se ocasiona solo una zona erosionada sino todos

los materiales que se movilizan después de la explanación.

Pero aunque se den diferentes orígenes del proceso erosivo, es imprescindible manejar

un procedimiento a seguir para hacer un eficiente trabajo de contención de taludes,

Escobar et al. (2016) sugieren los siguientes pasos:

Reconocimiento y clasificación de los diversos tipos de movimientos en

masa observados en el talud.

Características morfológicas, ambiente geológico, velocidad y causas de la falla.

Clasificación y descripción de los materiales que participan en los movimientos en

masa y cuantificación de sus propiedades relevantes.

Método del cálculo de la estabilidad del talud en términos del tipo de falla,

real o prevista.

Correlación entre las observaciones de campo y los resultados del cálculo de

estabilidad.

De toda la información necesaria para hacer un adecuado manejo de un talud se

pretende mostrar entonces, las herramientas básicas para evaluar los parámetros

necesarios que se deben tener en cuenta antes de hacer trabajos de contención por

medio de bioingeniería, porque los demás conceptos geotécnicos son metodologías más

complejas que no son el objetivo de la discusión.

A continuación se mencionan los componentes principales para describir un talud.

Altura (H): distancia vertical desde la parte inferior “pie del talud”, hasta la parte

superior “cabeza”.

Pie (P): sitio de cambio de pendiente de forma horizontal en la base del talud.

Cabeza o escarpe (C): sitio de cambio horizontal de pendiente en la parte superior

del talud.

Pendiente (ἀ): grado o porcentaje de inclinación del talud, en donde m es la

distancia horizontal que corresponde a la distancia vertical.


Estos términos corresponden a la nomenclatura de taludes expuesta por Suárez en 1989

citado por León (2001) y se ilustran en la Figura 1:1 que se observa a continuación:

Figura 1-1. Nomenclatura de un talud convencional. Talud ubicado en la vía Carolina del príncipe-

Guadalupe.

Fuente: Foto de Angela Castillo tomada en agosto de 2014

1.6 Premisas generales para el manejo de la erosión

Cuando se realiza un diagnóstico de manera temprana para el control de la erosión,

como se muestra en la Figura 1-2, se pueden emplear prácticas que integran labores de

intervención del terreno, teniendo en cuenta los procesos erosivos y los parámetros de

mitigación. Así, puede ser desarrollada mediante intervención del material o sustrato, de

los procesos de revegetalización y manejo del agua.

Figura 1-2. Talud en proceso de erosión antes de los trabajos de adecuación, ubicado en la vía

Caucasia-Zaragoza. Fuente: Foto de Ramiro Ramírez tomada en junio de 2014

P

C

m H

ἀ

Capítulo 2 15

Los procesos de remediación según León (2001) pueden estar integrados por los

siguientes pasos:

1. Perfilación del talud: Cambio o suavizado de pendiente para evitar la erosión por

fuerza de la gravedad como se muestra en las Figuras 1-3 y 1-4. El control puede incluir

la reconformación de la superficie o “peinado de los taludes”, que también pueden ser

terrazas en varios o pocos estratos, de acuerdo a la situación del talud. Suárez (1992)

expone que “en taludes de más de 5 m de altura se recomienda construir bermas

intermedias de 1 a 2 m de ancho cada 5 m como distancia entre ellas, dichas bermas

deben tener pendiente lateral de 5% para facilitar el drenaje”.

Figura 1-3. Trabajos de disminución de pendiente con retroescabadora (izquierdo) y evaluación

de la perfilación (derecha), talud ubicado en la vía Caucasia-Zaragoza. Fuente: Foto de Ramiro Ramírez. Agosto de 2014.

Figura 1-4. Trabajos de perfilado o disminución de la pendiente con retroescabadora (izquierda) y elaboración de una terraza intermedia para disminuir peso del material no consolidado (derecha) ubicado en la vía Santafé de Antioquia-Liborina. Fuente: Foto de Ramiro Ramírez. Julio de 2014.


2. Tratamiento de aguas superficiales con subdrenajes interceptores “cunetas” o canales

longitudinales que se encuentran atravesando los taludes horizontalmente, este sistema

de recolectores controla aguas de escorrentía y aguas lluvias desde C ò parte superior

del talud se puede hacer a través de canales de coronación en donde las aguas

interceptadas sean conducidas a sitios en donde su entrega no produzca socavación.

Las cunetas o canales deben ser diseñados para lluvias con períodos de retorno de 10

años; en caso de no contar con canales naturales o sitios apropiados para la disposición

de las aguas se deben construir canales con disipadores de energía, pocetas o

aliviaderos (Suárez, 2001 citado por León 2001).

Los subdrenajes interceptores, están compuestos por zanjas cubiertas de material

filtrante, subzanjas de captación y transporte de agua. Se pueden mencionar diferentes

tipos de materiales y tipos de canales, Suárez (2001 citado por León 2001) especifica

que se pueden encontrar arreglos como: “material grueso permeable y sin tubo (filtro

francés); con geotextil como filtro, material grueso y tubo colector; con geotextil, material

grueso y sin tubo; y tubo con capa gruesa de geotextil alrededor”.

Un componente indispensable del sistema es el mantenimiento de los filtros que tienden

a taponarse, razón por la cual debe ser muy bien escogido el material, tipo y calidad de

geotextil a utilizar; asimismo, debe prestarse especial atención a las plantas ya que

invaden los canales y taponan los orificios de drenaje. Fournier (1975) citado por León

2001, asegura que, una cuneta que no se proteja o conserve puede convertirse en una

cárcava peligrosa que destruirá el camino y devastará los terrenos adyacentes. Cuesta

menos proteger y conservar en buen estado las cunetas, que tenerlas luego que

reconstruir, rellenar y sembrar de césped. Un ejemplo de una canal en buen estado se

muestra en la Figura 1-5.

Figura 1-5. Construcción de canales de coronación para la salida de aguas superficiales. Fuente:

Foto de Ramiro Ramírez. Septiembre de 2014.

Capítulo 2 17

3. Incorporación y tratamiento de coberturas o cubrimiento transitorio mientras se

establece nuevamente la vegetación nativa propia de cada zona.

Cuando se hacen trabajos de corte, terraceo, formación de terraplenes, etc., se expone el

material parental del suelo que tiene un proceso menos evolucionado de desarrollo,

mineralización, agregación, descomposición y humificación de la materia orgánica, entre

otros procesos. Es por esto que no se puede asumir que es suelo, sino un sustrato

prácticamente inerte y sin agregación, entonces, el aporte de nutrientes que se espera

para establecer una cobertura es mínimo por no decir que ninguno, es por esto que se

deben hacer los aportes necesarios para garantizar la emergencia de las semillas de

cobertura a sembrar no solo en cuanto a el aporte nutricional, sino mejorar las

condiciones físicas, químicas y microbiológicas del sustrato (León (2001).

Suarez citado por León (2001), menciona que la fertilización del sitio, previa al

establecimiento del material vegetal, o en el momento de la siembra, la incorporación de

retenedores hídricos de origen orgánico en el caso de zonas secas o en época seca,

para evitar las pérdidas de semilla por deshidratación y muerte del embrión.

En los procesos de revegetalización la ausencia de horizontes orgánicos limita el

establecimiento de plantas, por tanto, las especies vegetales a incluir deben ser lo

suficientemente rústicas para prosperar bajo estas condiciones adversas, además, es

recomendable que ellas propicien el mejoramiento de las características del suelo, para

lo cual resulta de interés la selección de especies gramíneas (Ramírez, Leiva, Ramírez,

Zuluaga, Blandón y Hernández, 2016).

1.7 Bioingeniería y manejo de taludes

Rivera y Sinisterra (2005), aseguran que por lo general los problemas de erosión y

movimientos masales son controlados tradicionalmente mediante obras mecánicas de

ingeniería convencional, demasiado costosas, propuestas de solución que pueden

alcanzar valores mayores que el costo de la tierra, lo que ha dado como resultado el

abandono de las mismas antes que realizar cualquier práctica que contrarreste el

proceso degradativo.


Cuando se remueve la vegetación se acelera la ocurrencia de deslizamientos, debido a

que se aumentan las presiones intersticiales que disminuyen la resistencia a la ruptura

del suelo en un 60% Swanston citado por Florez (2014). La tala completa de la

vegetación arbórea para el establecimiento de pastos y cultivos genera una inestabilidad

de las formaciones superficiales expresada por una gran cantidad de movimientos en

masa (Rivera, 2001). La vegetación, puede ayudar a prevenir deslizamientos superficiales de

dos maneras: (1) modificando el régimen de humedad del suelo a través de la

evapotranspiración; (2) proporcionando refuerzo dentro de la capa del suelo mediante las

raíces y (3) el efecto de salpicadura de la gota denominado splash (Stokes., Atger.,

Bengough., Fourcaud y Sidle, 2009)

Las raíces de las plantas juegan un papel primordial en la estabilización de los suelos y

en la disminución de la erosión, teniendo en cuenta su longitud, profundidad y relación

raíces suelo, aumentando la resistencia a la erosión, Barrera, Rivera y Cadena (2002) la

presentan como se evidencia en las Tablas 1-1 y 1-2.

Tabla 1-1. Influencia del sistema de raíces de cuatro especies vegetativas sobre la resistencia

del suelo a los movimientos masales. Fuente: (Barrera et al., 2002).

Influencia del sistema radical de cuatro especies vegetales sobre la resistencia del suelo a los movimientos masales

Trichanthera

gigantea Cordia

alliodora Inga

codonantha Coffea arabica

Long promedio de raíces laterales (m)

5 11,7 5,5 1,2

Prof. Promedio sistema radical (m)

1,6 2,8 2,2 0,6

Relación suelo raíces (%) 0,11 0,01 0,1 0,036

Tabla 1-2. Acción del sistema de raíces de cuatro especies de plantas sobre la resistencia del

suelo a los movimientos masales. Fuente: (Barrera et al. 2002).

Profundidad (cm)

(kPa) Promedio

Especie 20-30 80-90 120-130 0-120

Cordia alliodora 55,6 64,9 76 65,54

Inga codonantha 40,2 60,3 76,3 58,98

Trichanthera gigantea 52,6 70,5 57,5 60,23

Coffea arabica 36,6 44,2 55,5 44,03

Testigo 34,16 43,3 53,6 43,72

Capítulo 2 19

Los efectos de la erosión es posible mitigarlos en muchos casos, mediante herramientas

de bioingeniería.

La bioingeniería fue definida como “el diseño de ecosistemas sostenibles que integran la

sociedad humana con su medio natural para el beneficio de ambos” concepto que ha ido

evolucionando con los años (Mitsch, 1998., Mitsch y Jorgensen, 2003). Los objetivos que

persigue la bioingeniería según Mitsch y Jorgensen (2003) es restaurar los ecosistemas

que han sido alteradas sustancialmente por las actividades humanas como lo es la

contaminación ambiental o alteración de la tierra; y desarrollar nuevos ecosistemas

sostenibles que tienen tantos valores humanos y ecológicos.

Una definición de bioingeniería referida directamente a la restauración de taludes y

laderas es propuesta por Rivera y Sinisterra citado por Florez (2014), donde afirman que

la bioingeniería se refiere a la prevención y control de erosión, protección y estabilización

de taludes y problemas de movimientos masales con base en los parámetros de la

ecuación universal de erosión y de la resistencia al cortante tangencial, que tienen en

cuenta los procesos físicos, químicos y biológicos de los fenómenos de degradación.

Lo anterior permite la construcción de estructuras con partes vivas, usando diferentes

estructuras de las plantas, tales como: raíces y tallos principalmente. La bioingeniería es

considerada como algo único en el sentido que las mismas partes de las plantas (raíces y

tallos) sirven como elementos mecánicos a la estructura principal en los sistemas de

protección de laderas y se transforman a través del tiempo en obras vivas que cada día

son más fuertes. Estas estructuras, se convierten en refuerzo, drenajes hidráulicos y

barreras para contener erosión y movimientos masales Rivera y Sinisterra citado por

Florez (2014).

La vegetación que se establece, trae múltiples ventajas, ya que la existencia de una

cobertura vegetal bien desarrollada reduce significativamente las tasas de escorrentía y

erosión en los taludes (Fullen y Booth, 2005). El dosel de la planta protege la superficie

del suelo de las gotas de agua que impactan, reduciendo la energía cinética, la

capacidad de desprendimiento, y el proceso de formación de escorrentía (Morgan,

Morgan y Finney, 2005). La vegetación aumenta la estabilidad de agregados y

promueven la infiltración, lo que reduce las tasas de flujo superficial (Fullen y Booth,

2005). El desarrollo de sistemas de raíces de la planta es esencial para aumentar la


estabilidad de taludes (De Baets,Poesen Reubens, Wemans, Beardemaeker y Muys,

2008; Burylo, Hudek y Rey, 2011). Los efectos de refuerzo de la raíces de la vegetación

dependen de las características morfológicas del sistema radical, la resistencia a la

tracción de las raíces individuales y la distribución espacial de las raíces en el suelo

(Abdi, Majnounian, Genet y Rahimi, 2010).

Las raíces aumentan la resistencia tangencial al corte en los taludes (Tosi, 1972; Abdi et

al., 2010; Burylo et al., 2011), la cual es definida como la resistencia interna por unidad

de área que la masa de suelo puede ofrecer a la falla y al deslizamiento a lo largo de

cualquier plano (Li, Dick y Tuovinen, 2006).

Stokes et al. (2009), Fan y Su (2008), también hacen amplios estudios acerca del efecto que

tienen las raíces en la resistencia al corte de los taludes, explicando las relaciones suelo raíz,

Stokes et al. (2009) sostienen que para entender estas interacciones reconocidas

ampliamente en la fijación del suelo, se requiere identificar rasgos como la distribución,

longitud, orientación y diámetro de la raíz, además de las dimensiones espaciales y

temporales de las raíces dentro del sistema donde se encuentren. Se afirma además, que

las raíces gruesas actúan como clavos en los taludes y la posición espacial de estas raíces

determina la disposición de las raíces delgadas asociados; las raíces delgadas actúan en

tensión durante un deslizamiento y sí atraviesan la zona de corte potencial, ofrecen una

contribución importante en la protección contra deslizamientos (Stokes et al., 2009). Las

raíces finas según los autores Reubens, Poesen, Danjon, Geudens, y Muys, (2007) tienen

en general, un diámetro de <3 mm, además éstas tienen una fuerte influencia en el

desprendimiento del suelo (Pierret, Latchackak, Chathanvongsa, Sengtaheuanghoung y

Valentin, 2007).

Reubens et al. (2007) enfatizan en que el tipo de especies vegetales que se establecen

en un talud pueden tener diferentes funciones en la prevención de erosión dependiendo

de las raíces que desarrollen. Para tratar problemas de erosión a profundidad se deben

establecer plantas con raíces profundas y fuertes que tenga algunas raíces verticales

rígidas que penetran profundamente en el suelo y de anclaje en estratos firmes, así como

un gran número de raíces finas que se ramifiquen lateralmente de las raíces principales.

Para controlar procesos erosivos causados por el agua que operan en la capa superior

del suelo, se deben establecer especies que colonicen los horizontes superiores del

Capítulo 2 21

suelo con un sistema radicular altamente ramificado y de rápido crecimiento que tenga

capacidad de mantener las partículas del suelo unidas (Reubens et al., 2007).

Estudios de campo en laderas forestales según O`Loughlin (1984) citado por Morgan y

Rickson (2005), indican que son las raíces más finas (1-20 mm de diámetro), las que

contribuyen más al refuerzo del suelo y que las raíces más grandes juegan un papel no

significante. Las gramíneas, leguminosas y arbustos pueden tener un efecto de refuerzo

a profundidades de 0,75 a 1,5 m. Los árboles, tienen efectos a profundidades mayores y

pueden mejorar la resistencia del suelo a profundidades de tres metros o más

dependiendo de la morfología de las raíces.

Además, es importante entender que uno de los mayores desafíos en la construcción de

carreteras en las zonas de montañas es estabilizar los taludes que se forman (Wei y

Dirmeyer, 2012) y los anteriores mecanismos mencionados para su control, se

constituyen en una herramienta vital para dicho fin.

Es por esto que, un trabajo de revegetalización de taludes no debe ser tomado a la

ligera, sino que evaluado y planificado muy bien antes de ser ejecutado y eso en la

realidad es donde mas fallas se perciben y por esto los sobrecostos. Pero si se organizan

toda las labores ha realizar de forma adecuada, se pueden obtener buenos resultados,

tal como se muestra en las en las Figuras 1-6 donde se llevo a cabo cada uno de los

procesos necesarios para la evolución de un talud de manera adecuada para su

revegetalizado:

a. Talud antes de las labores de perfilación y revegetalización.

b. Talud una vez terminada las labores de perfilación.

c. Efecto de la revegetalización por diferentes métodos en el talud.

d. Sucesión de plantas de hoja ancha en el talud un año después de intervenido.

Existen muchas metodologías para hacer un adecuado manejo de taludes, es por esto

que el paso siguiente es conocer cuáles son las más utilizadas y porque, cuáles son sus

componentes y las ventajas y desventajas que cada una posee.


Figura 1-6. Proceso de evolución en la revegetalización de un talud,. Talud vía Caucasia-

Zaragoza

Fuente: Foto de Ramiro Ramírez. Febrero 2017

1.8 Técnicas para la estabilización de taludes

Para realizar las técnicas de estabilización en taludes es necesario contar con sustratos

que contengan los nutrientes suficientes y las condiciones fisicoquímicas necesarias para

que se dé el crecimiento de las plantas, es deseable la aplicación de enmiendas edáficas

para la corrección de problemas químicos o deficiencias nutricionales.

En primera medida se debe hacer la corrección de acidez o disminución de la

concentración de aluminio como Al+3 ya que este tiene un alto nivel de fijación y el Fe+3

que dependiendo el pH también puede fijar nutrientes se destacan para su manejo las

enmiendas, que según su actividad química y granulométrica pueden disminuir o incluso

neutralizar el efecto del aluminio intercambiable en el suelo, dependiendo de su dosis.

Capítulo 2 23

Según Suarez (2001) “el uso de enmiendas mejora la disponibilidad de nutrientes para

las plantas e incrementan la eficacia de los fertilizantes posteriormente aplicados”.

Seguido del uso de enmiendas, se aconseja el uso de grupos de fertilizantes que

contengan los 17 nutrientes esenciales o materias orgánicas preferiblemente

compostadas, que serán las que hagan el aporte de nutrientes y de microrganismos. En

cuanto a las especies, deben tener tanto gramíneas como leguminosas, pero que

crezcan normalmente a nivel local para que haya mayor porcentaje de viabilidad,

prendimiento y crecimiento. Suarez (2001) comenta que el primer establecimiento de las

especies de rápido crecimiento como gramíneas y leguminosas forman las condiciones

para la generación de un sustrato más semejante al suelo que cumpla con servicios

ecosistémicos y disminuya la fuerza de la gota de lluvia con el objetivo de permitir el

posterior establecimiento de especies de porte medio-bajo “arbustos”.

Estas especies arbustivas presentan un gran servicio a la estabilización de los taludes ya

que realizan un trabajo de amarre de la masa de suelo de forma perpendicular a la

pendiente para que se vuelva un cuerpo unitario. Debe identificarse que especies

arbustivas son las que tienen un mejor anclaje y cobertura de raíces en el suelo para que

mantengan su efecto benéfico y no se vuelvan una carga para el talud que aumente la

posibilidad de un evento de movimiento de masa (Suarez, 2001).

Antes de pensar en un sistema de contención se debe tener en cuenta que la perfilación

y los trabajos de elaboración de zanjas para tener la salida de agua de escorrentía con

canales de coronación ya debe haber sido planificado y ejecutado, además si se cuenta

con una pendiente muy inclinada y una superficie cortante de bastante recorrido se

deben hacer taludes en escalera (ver Figura 1-7). En este sistema se disponen cunetas

en la parte superior, media e inferior con alteraciones a un talud norma como el uso de

niveles de terraza en los que las paredes constan de estacas como elemento vertical y

cañabrava o guadua como elemento horizontal y los terraplenes se cubren de suelo

orgánico, sobre el cual se disponen estolones o semillas de pastos (Suárez, 1980).


Figura 1-7. Talud en escalera para disminuir la velocidad de recorrido del agua superficial,

ubicado en la vía Carolina de Príncipe-Guadalupe

Fuente: Foto de Ángela Castillo. Agosto de 2014

Aunque existen diferentes técnicas usadas para la estabilización de taludes, que van

desde peinado del talud y siembra de especies gramíneas hay ocasiones en que los

costos de la elaboración de una obra de contención puede llevar mucho tiempo y dinero y

no llegar a ser suficientemente o inadecuada para el tipo de erosión, es por esto que a

continuación se enumeran los tipos de contención más usados y más económicos.

1.8.1 Enramados, fajinas o estacas

Se trata de líneas de estacas con diferente tamaño las más comunes son de diámetro

aproximado de 6-15 cm y longitud de 0,7-1,5 m a una distancias de 0,3-0,5 m entre ellas

y entretejidas con ramas; Estos enramados tienen una altura entre 0,3 y 0,6 m, y se

deben profundizar mínimo 0,25 m en el suelo, el objetivo es que todas las estacas

enraícen por esto deben ser tratadas con precaución y colocar algún tipo de enraizante

(Suárez, 1992 citado por León 2001). Li, Zhang y Yuan (2006) citados por León 2001,

describen un trabajo de bioingeniería recuperando taludes de las riveras de ríos con base

en especies vegetales herbáceas que ayudarán a mejorar la sucesión natural, además

de la siembra de estacas vivas y construcción de fajinas vivas, estratificación de capas

en forma de cepillo (capa-cepillo).

Capítulo 2 25

1.8.2 Entretejido de taludes

La diferencia con el anterior tipo de cubrimiento es el arreglo espacial y la baja exposición

de las estacas, Según Gray y Leiser (1995) citado por León 2001, se trata de la

disposición o manojos de especies leñosas de fácil enraizamiento en zanjas o corte de

poca profundidad, con distancia entre filas de 1 a 6 m, estos se fijan al sustrato usando

estacas en dirección hacia la pendiente justo luego de la zanja, así como por otras que

atraviesan los manojos de ramas, por último se cubren con tierra, de tal forma que

únicamente quede expuesto cerca de 10% del material.

1.8.3 Cubrimiento con fibras

Suarez (1980) comenta el uso de mallas de fibras naturales o artificiales para el

recubrimiento de superficies expuestas de los taludes. En donde participan diferentes

materiales de origen natural como la fibra de coco o cabuya, igualmente materiales

sintéticos que contienen polivinilos o derivados plàsticos. Según Morgan (1986) “Estas

mallas no son suficiente para el manejo de la erosión, por lo cual deben combinarse con

algún tipo de mantillo o cobertura ya que es ampliamente identificada su ineficiencia”.

Más recientemente se vienen aumentando el uso de fibras especialmente en los

programas de control de la erosión en los programas de revegetalización de los

departamentos como Antioquia, pero según lo reportado por Ramírez et al., (2016) “el

empleo de revestimientos de taludes con fibras naturales y sin diferencias significativas”.

Son textiles fabricados a partir de fibras orgánicas de alta resistencia y en ese orden los

más usados son:

1. Yute, Son tejidos abiertos de fibra gruesa de Yute (3 a 6 m de diámetro con aberturas

de 10 mm x 19 mm) con un 65% de área abierta. La absorción del agua es superior al

450% y un peso nominal de 500 g/m2. Por su capacidad de absorber agua se usa

para proteger y propiciar la germinación de la semilla.

2. Fique, Tiene alta resistencia a la tensión y una muy buena retención de agua, con un

área abierta del 10 al 30% y peso de 200 a 400 g/m2.

3. Fibra de coco, tiene alta resistencia a la tensión siendo de 18 a 26 kN/m, con una alta

durabilidad entre 5 a 10 años, son utilizadas como capa protectora. En el manejo se


acostumbra a aplicar un lodo fertilizado que puede estar compuesto por materia

orgánica, arcillas, estolones picados o semillas, fertilizante químico e

hidroretenedores, cuando se coloca la mezcla con espesor de 1 cm se procede a

colocar el tejido orgánico que es fijado mediante ganchos de alambra galvanizado

calibre BWG9 o 10.

Según Suarez (2001) los mayores beneficios de los geomantos se dan por el aumento de

la capacidad de absorción de agua (hasta de tres veces); aporte de materia orgánica

cuando estas fibras son verdes, protección de la siembra del golpe de lluvia ò los

animales que comen la semilla y tratamientos que se realicen por debajo del geomanto,

Se reporta su utilización para estos últimos propósitos en la protección del “empañetado

de taludes” que es una mezcla de materia orgánica con agua de 5 a 8 cm y una fibra en

la parte superior protegida o fijada con grapas o estacas aprovechando el sistema de

enmallado del producto como se muestra en la Figura 1-8.

Figura 1-8. Trabajos de cubrimiento con fibra de coco para taludes ubicados en la vía Santafé de Antioquia-Liborina.

Fuente: Foto de Ramiro Ramírez. Julio de 2014.

Ingold y Thomson (1986) citados por León 2001, muestra que las ventajas que se

obtienen del empleo de técnicas de recubrimiento de taludes se dan en el control de

pérdidas de suelo, quienes compararon diferentes materiales y encontraron que hay una

Capítulo 2 27

reducción de pérdidas de suelo bajo intensidades de precipitación de 75 mm h-1 y

oscilaba entre 22 y 72% dependiendo del material y las variables propias del talud como

sustrato y pendiente.

Metodología de instalación

Preparación del sitio:

- Conformación del área del talud.

- Remoción de rocas y todo el material que obstruya el contacto directo con el suelo.

- Preparación de suelos y escarificación para exponer el suelo poroso.

- Incorporación de coadyuvantes y/o fertilizantes.

- Coloque la semilla en la mezcla o antes de aplicar la solución nutritiva.

Instalación del manto

- Inicie en la parte alta del talud anclando el manto en una excavación de 20 cm de

profundidad y 20 cm de ancho. Rellene nuevamente las zanjas compactando

firmemente.

- Desenrolle el manto en dirección talud abajo en la dirección del flujo de agua

- Las uniones laterales entre rollos paralelos adyacentes deben traslaparse mínimo 150

milímetros y deben anclarse con ganchos cada 90cm.

- Se colocan los mantos sueltos en tal forma que mantengan contacto directo con el

suelo. No estire el manto.

- Se deben colocar suficientes ganchos para mantener el contacto, mínimo 3 ganchos

por metro cuadrado. En taludes de menor pendiente se requieren 1 a 2 ganchos por

m2.

Criterios a tener en cuenta

Serna (2007) comenta que antes de escoger el tipo de fibra se debe tener en cuenta los

siguientes criterios:

Permeabilidad: Debe ser mayor a la del suelo. Para textiles tejidos debe tener una

permeabilidad 10 veces superior a las del suelo, para geotextiles no tejidos 50 veces.


O90≥ D15

Retención: Es necesario que los huecos grandes del geomanto, no sean lo

suficientemente grandes para permitir el paso de las partículas.

Para geomanto tejidos O90≤2.5D90

Para geomanto no tejidos O90≤5.0D90

Colocación: 1. La orientación de la malla debe estar de acuerdo a los planos de diseño;

2. Las geomallas deben ser aseguradas en el puesto con ganchos, estacas o bolsas de

suelo; 3. Las geomallas deben traslaparse mínimo 1.5 m en la dirección de la tensión y

mínimo 150 mm en dirección transversal.

No se debe operar maquinaria directamente sobre geomalla. En todos los casos se

requiere un espesor mínimo de 150 mm de suelo sobre la malla para el paso de los

equipos.

1.8.4 Hidrosiembra

Entre los métodos implementados para la revegetalización de taludes se encuentra la

hidrosiembra que Álvarez (2014) describen como un método para establecer

masivamente especies herbáceas y consiste en la aplicación (pulverización) de una

mezcla de agua, semillas, fertilizantes, abono y un agente adhesivo para la fijación al

talud, ofreciendo una alternativa rápida y económica, especialmente para proyectos a

gran escala en pendientes pronunciadas. Fue este el método de siembra que se utilizó

en un trabajo de investigación realizado por el entonces estudiante Jorge Alberto Medina

en un convenio entre la Universidad Nacional de Colombia y la Universidad Pública de

Medeina (1990). Donde implementaron tratamientos con geotextiles (geomalla de

poliéster, materiales biológicos como yute y manto de fibra de coco y sintéticas) para

medir su eficacia en la prevención de erosión en taludes. Los geotextiles los define Jhon

(1987), como "textiles permeables utilizados junto con el suelo, cimientos, rocas, tierra u

otro material relacionado con la ingeniería geotécnica". Los Geotextiles han contribuido a

la industria del control de la erosión durante más de 50 años utilizados para cubrir los

suelos que han quedado sin cobertura vegetal (Datye y Gore, 1994).

Capítulo 2 29

Experimentos utilizando hidrosiembra para restablecer vegetación fueron implementados

por Boche García, Fayos, Alborch y Tormo (2007), con especies locales y comerciales,

como método para reducir la tasa de erosión y es ampliamente usado.

Galán y Garcia (1995) menciona que se trata de “la aplicación a gran presión sobre el

terreno de una suspensión homogénea de agua, semillas, fertilizantes, estabilizadores

químicos y mulch”, esta mezcla se aplica mediante una hidrosembradora. El objetivo es

obtener por medio de estos insumos la aglomeración física de las partículas del sustrato

para evitar la dispersión de las partículas y reducir la erosión, además de que se

mantenga la semilla en el sustrato para que no se vaya por escorrentía o gravedad y

favorecer la retención de agua.

En cuanto a las dosificaciones, Galán et al., (1995) reporta aplicaciones de “120-250 kg

ha-1 de semillas de gramíneas y leguminosas, según análisis de suelo se hace la

aplicación de fertilizante químico y otros acondicionadores empleados para la

recuperación de suelos”. En la Figura 1-9 se representa como se hace la aplicación del

método de hidrosiembra.

Figura 1-9. Trabajos de hidrosiembra realizados en el talud ubicado en la vía Santafé de

Antioquia-Liborina.

Fuente: Foto de Ramiro Ramírez. Julio de 2014


1.8.5 Cajuelas

Suarez (2001) citado por León 2011, menciona que esta técnica se basa en la

incorporación de material vegetal de porte herbáceo, a lo largo y ancho del talud, en un

arreglo al cuadro o tresbolillo preferiblemente, se hacen pequeñas excavaciones en

forma de cajón y en el interior después de realizar las labores de encalado y fertilización

se coloca semilla de pasto (Yaraguá peludo: Melinis minutiflora), con un pequeño

recubrimiento de tierra.

1.8.6 Céspedones

El establecimiento de pastos a partir de “céspedones” cortes en cuadro de porciones de

pasto establecido, generalmente se utilizan de 0,3 m de ancho por 2 a 3 m de longitud,

siendo fijadas mediante estacas o ganchos de alambre pero el costo de estos cortes más

la mano de obra es sumamente alto (Suarez, 2001). Otra técnica usada es el “coctel de

semillas” consiste en el uso de costales de fique rellenos de tierra abonada y una mezcla

de semillas, tapando las terraza, pero no son efectivos por que los costales se rajan y se

sale el material no consolidado, además las semillas de pasto no tienen como germinar

ya que no tienen las condiciones de luz necesarias.

Algunos autores como Galán et al., (1995) recomiendan la propagación asexual de

plantas a partir de estacas, estolones y rizomas para las especies de gramíneas o

leguminosas que tiene un crecimiento mayor en estos métodos que por semilla, además

su cubrimiento es mayor que las plantas que crecen por semilla ya que tienen un nivel de

exploración mayor pero el problema es la mano de obra para la siembra ya que por

semilla el cañón de la hidrosembradora aplica la semilla pero por estaca, estolón o

rizoma debe ser manual.

31

2. Conclusiones y recomendaciones

2.1 Conclusiones

Colombia como país tropical, tiene como principal agente erosivo la acción de la

constante precipitación en periodos bimodales o unimodales, según la zona del país,

medidos por algunas condiciones ambientales que la producen como la

evapotranspiración potencial que por acción de altas temperaturas atmosféricas generan

que el suelo húmedo evapore agua hacia la atmosfera y esta se condense en nubes

cargadas de agua generando constantes precipitaciones u otras condiciones ambientales

como los flujos de vientos continentales que traen aires cálidos o fríos y cambian las

condiciones atmosféricas locales.

Pero este fenómeno no es nuevo, sin embargo actualmente a lo largo de todo el país se

presentan cambios drásticos en los eventos de lluvia mensuales como: cambios en los

periodos secos o húmedos, alto volumen de agua por episodio y frecuencia de lluvias.

Atribuido al efecto de los fenómenos de cambio climático “fenómeno del niño y fenómeno

de la niña”; este último ha generado que los episodios de precipitación sean constantes

en los suelos, con un volumen muy alto de agua por evento, superando muchas veces la

condición de humedad, a capacidad de campo que resiste un terreno. Sumado con la

pendiente y los procesos antrópicos, tenemos los factores detonantes para que se

presenten normalmente, un sin fin de procesos erosivos.

Las pérdidas económicas anuales, en volumen de suelos arables, indican que se

necesita realizar un uso adecuado de las tierras, por medio de estrategias de manejo y

conservación de suelos, como el uso de coberturas nobles, para evitar el golpe de lluvia

directo sobre el suelo y mejorar la capacidad de retención de agua por el efecto de la


cobertura. El uso de otros cultivos o especies, además de las coberturas que sean de

comportamiento perenne para que se establezca una estructura robusta radicular en los

suelos, que permita formar un entretejido que contenga los materiales que están en

proceso de sedimentación y explotaciones de animales más amigables con el medio

ambiente, para evitar la erosión por pisoteo o por degradación de suelos.

Es imprescindible entender, entonces, que cuando se realizan obras civiles, el terreno a

intervenir deja de ser suelo y se convierte en un sustrato, ya que al hacer cortes

transversales que vienen proyectados en la elaboración del talud, se expone el material

parental del suelo perdiendo la capa orgánica natural y los efectos benéficos de la

descomposición, humificación y agregación que genera la materia orgánica, la cual tiene

un efecto aglutinante que mejora la estructura y la consolidación del suelo, además de la

habilidad que ésta le confiere al suelo para absorber y conservar más agua en el perfil.

Entonces, si el material de origen es una roca masiva, el agua sale del sistema

eficientemente, pero en los puntos de entrada de agua empieza a generarse erosión. La

que se potencializa en extensas temporalidades y en periodos de varios años; sin

embargo, si el origen del material es una roca sedimentaria o un material en un proceso

adelantado de meteorización los episodios de erosión o desprendimiento no se hacen

esperar.

De igual manera, en este punto donde las estructuras ambientales son fundamentales en

el proceso de control de erosión, al presentar servicios ecosistémicos indispensables

para tal fin, siempre que sea la vegetación adecuada, deben ser dirigidos a procesos

graduales que partan desde la siembra de gramíneas y continúen con especies de hoja

ancha y bajo peso como leguminosas. Se ha demostrado que la manera más eficaz y

económica de prevenir y controlar la erosión y los movimientos masales, es a través del

uso de la vegetación. Las coberturas aseguran la estabilización de los taludes y

disminuyen la susceptibilidad a los procesos erosivos, siendo obras de bajo valor al

compararlos con obras civiles para países de trópico como Colombia, en donde son

frecuentes las precipitaciones con una alta intensidad, por lo tanto, se requiere siempre

cobertura vegetal en los taludes y cualquier superficie que tenga los factores detonantes

para la erosión.

Capítulo 2 33

Es inminente el manejo de las laderas bajo lineamientos claros de observación y

evaluación por medio de datos consistentes y verídicos de las zonas de impacto, para no

generar errores de planeación y que tampoco se pierdan en las bases de datos de las

entidades ambientales, sin ningún uso objetivo, y así puedan ser usados en planes de

manejo, teniendo en cuenta como alternativa principal la bioingeniería, que es una

herramienta de bajo costo y de real impacto, la cual se puede usar como respuesta a los

problemas que hay en las redes viales del país y en las obras civiles realizadas en los

predios rurales o urbanos.

Unas de las labores más importantes a la hora de proyectar una carretera, son el diseño

y el mantenimiento de taludes, que parte de actividades como: 1. La adecuada perfilación

para disminuir fuerza de gravedad que actúa sobre la pendiente y genera la erosión. 2.

Un diseño adecuado y efectivo, con la elaboración de canales recolectores, canal de

coronación y sistema de evacuación de aguas, para sacar eficientemente las aguas del

perfil y así disminuir la saturación y evitar la posibilidad de movimientos del sustrato,

siendo imprescindible su mantenimiento para que no se colmaten. 3. Realizar las labores

pertinentes para el proceso de levante del material vegetal sembrado, como riego y

fertilización durante el tiempo necesario para que se establezcan las gramíneas lo cual

no se hace generalmente y además 4. Un adecuado seguimiento en el tiempo, del

avance de la vegetación y evaluación de consolidación del talud.

La práctica más común y de mejor comportamiento, son los cubrimientos densos por

medio de especies de rápido crecimiento, principalmente gramíneas que hacen un

enmallado de raíces superficiales y evitan la salida del sustrato particulado de pequeño

tamaño, una segunda siembra por medio de especies de protección (las barreras vivas),

como leguminosas que empiezan un aporte de nutrientes y microorganismos benéficos

en el sustrato y también contrarrestar la energía de las aguas por efecto de la escorrentía

ladera abajo y por ultimo un sistema de acequias de ladera, totalmente revestidas por

una cobertura vegetal densa como pastos o maní forrajero (Arachis pintoi), que eviten el

socavamiento de los taludes y el arrastre del suelo en el fondo del canal.

El mecanismo más económico de revegetalización para realizar la adición de estas

especies vegetales al talud y acoplado a las condiciones de trópico húmedo, es el uso del

hidrosiembra, ya que aporta estabilidad al sustrato por los insumos aglutinantes


aplicados como materia orgánica, mulch, entre otros, que por su estabilidad generan la

hidratación y el crecimiento de las semillas en el sustrato nutritivo, pero debe tener un

seguimiento y mantenimiento, principalmente garantizando la suficiente humedad para

que se dé la germinación y crecimiento de las especies vegetales. Una práctica

adecuada para estos trabajos de hidrosiembra, es no usar solamente una especie de

cobertura, sino usar varios tipos que vayan estableciéndose por sucesión en el tiempo, lo

que garantiza que al menos una especie (la más apta para las condiciones locales) se

establezca en mayor área de cubrimiento y las otras especies sigan latentes o germinen

cuando las condiciones del sustrato permitan mejorar su adaptabilidad, entonces se

puede garantizar material vegetal activo por más tiempo.

Sin embargo, el principal problema que existe para la contención de taludes no son los

factores ambientales o de pedogénesis del suelo que lo detonan, sino los manejos

administrativos y de concesiones de proyectos para la contención de taludes para vías o

construcciones civiles, en donde los materiales expuestos quedan con trabajos de

perfilación en pendiente, con sustratos no consolidados, en donde se aplica un método

de revegetalización, pero sin las adecuaciones pertinentes para canales de coronación o

salidas de aguas. En cambio, sí se realizan los trabajos de adecuación y al cabo de unos

meses son abandonados o no se realizan las labores de mantenimiento, todo el sistema

de drenaje se colmata, por lo tanto, se satura el sustrato no consolidado y se presenta la

erosión.

Por otro lado, el manejo de coberturas transitorias se realiza generalmente con especies

no endémicas de las zonas donde se ubica el talud, sin tener en cuenta los análisis

químicos del sustrato, ni la aplicación de planes de fertilización para promover el

crecimiento de los forrajes que no están precisamente en suelo, sino muchas veces en

sustratos inertes, además de la falta de riego en periodos de sequía, lo que genera la

muerte de la semilla por radiación directa o falta de germinación, porque no hay

imbibición mientras se espera que se establezcan las especies nativas locales por

sucesión.

Para el manejo de taludes, lo más importante es trabajar en la prevención, siendo

necesario implementar planes de manejo preventivos para evitar la erosión y que no

obedezcan a los desastres, sino enfocados en la previsión de los posibles movimientos

erosivos que se presentan en las construcciones civiles de los municipios. Estas

Capítulo 2 35

actividades necesitan seguimiento constante y mantenimiento, para evitar que se

colmaten los canales y salidas de agua, además de la revisión y riego de las especies

temporales a establecer, junto con una adecuada perfilación, que si cumpla la labor de

disminuir el golpe de agua en el terreno no consolidado.

2.2 Recomendaciones

Es imperativo que se actúe con firmeza, apoyados en determinar las verdaderas causas

y tener un plan de acción eficaz para detener y reversar la tendencia negativa en el

deterioro de la infraestructura de Antioquia, aún más acentuado por los periodos

extendidos de lluvias prolongadas y con volúmenes de agua muy altos por precipitación,

poniendo las estructuras de revegetalización en juego.

Como parte del plan de desarrollo y para hacer frente a la problemática planteada, es

necesario fortalecer el sistema de planeación de la infraestructura y priorizar las acciones

encaminadas al mantenimiento de la red vial terrestre. Es por esto que se plantea

comenzar a cambiar los modelos de mantenimiento vial, reconociendo las oportunidades

y limitaciones que tiene cada municipio y alcanzando nuevas estrategias completamente

emprendedoras de los mismos habitantes, para apoyar los procesos de mantenimiento

en las obras de revegetalización de los municipios.

La gobernación actualmente, está generando investigaciones y estudios aplicados al

área de infraestructura, el cual busca apoyar investigaciones que tengan que ver con

temas de mantenimiento vial, sistemas alternativos de pavimentación y tratamiento de

taludes, que permitan solucionar problemas con técnicas sostenibles, eficientes y

económicas de revegetalización.

Para empezar, es preciso entender y aceptar que los geólogos, así como los ingenieros

geotecnistas y ambientales, deben intervenir desde las etapas iniciales de los proyectos

viales, con responsabilidades claras en la evaluación de los riesgos y en la misma

selección de rutas y alternativas de diseño.

Por parte de las alcaldías no es efectivo estar cambiando cada nuevo periodo, el equipo

encargado de hacer la revisión y velar por la correcta ejecución de estos trabajos en los

municipios. Estas actividades sin interventoría, son las que anualmente le cuestan tanto


a los municipios y departamentos. Además de programas como los creados en el

departamento de Caldas y más específicamente en el área metroplolitana de Manizales,

en donde madres cabeza de hogar, son contratadas para realizar la limpieza de todo el

sistema de drenajes de los taludes del municipio y así evitan que se colmaten y

previenen posibles derrumbes mucho más costosos para los municipios.

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