3.11_Vega Ramírez

EVALUACIÓN DE LA EROSIÓN HÌDRICA POR FLUJO CONCENTRADO
UTILIZANDO UN COLCHÓN FLEXIBLE DE CONCRETO
Vega Ramírez J. I.; Ventura Ramos E. Jr.; Gómez Wallace E.
Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro
RESUMEN
Se realizó el estudio de colchones flexibles de concreto que se mejoraron y diseñaron para el
control de la erosión fluvial de un modo eficiente y que ofrezcan una mayor durabilidad
mediante la selección de componentes adecuados. Los cuales contribuirán al control de la
erosión fluvial en márgenes de ríos y estabilización de taludes en sitios donde el fenómeno de la
erosión y el movimiento de masa del suelo es un problema que puede afectar a la seguridad
humana, de infraestructura y el ambiente.
Se obtuvieron resultados positivos, ya que el colchón flexible de concreto redujo notablemente la
erosión del suelo.
INTRODUCCION
La erosión comprende el desprendimiento, transporte y posterior depósito de materiales de suelo
o roca por acción de la fuerza de un fluido en movimiento. La erosión puede ser generada tanto
por el agua como por el viento.
El proceso de la erosión hídrica consiste en el desprendimiento, transporte y sedimentación de las
partículas del suelo por las gotas de la lluvia; aquí es donde el mecanismo inicia, y una vez que
la capacidad de infiltración y de almacenamiento superficial está satisfecha, comienza el
escurrimiento, arrastrando las partículas sueltas y las que su fuerza misma desprende; y el
mecanismo concluye cuando se deposita el material erosionado y transportado, también llamado
sedimentación, pudiendo provocar tanto o más daño que la erosión misma.
La sedimentación ocurre cuando la velocidad del escurrimiento disminuye, realizándose en forma
selectiva, primero se depositan los agregados y la arena y luego, a mayor distancia, el limo y la
arcilla. En el proceso de erosión hídrica se asocian dos tipos de fuerzas: hidráulicas y de
resistencia: las primeras rompen y remueven las partículas y las transportan por los cauces; y las
segundas, de naturaleza electroquímica, que impiden de alguna manera su desprendimiento.
La erosión en márgenes o bancos de ríos es un proceso geomorfológico natural que ocurre
durante o después de las avenidas de inundación las cuales son provocadas por las lluvias en las
cuencas hidrológicas, aunque este fenómeno se ha considerado bajo condiciones naturales como
un proceso ecológico necesario sobre todo por lo que implica en términos del aporte de material
fértil a las planicies de inundación, los cambios antropogènicos en el uso del suelo,
principalmente la deforestación, han causado efectos hidrológicos negativos en los cauces de ríos.
México es considerado uno de los cinco países con mayor diversidad en sus recursos de
vegetación, suelo y agua. Sin embargo, la pérdida de sus suelos es uno de los problemas más
alarmantes en el país, que sumado al problema de las inundaciones y movimientos en masa, crean
un problema ambiental de consideración.
Para contrarrestar los problemas de erosión se han diseñado métodos para control de la erosión
fluvial entre ellos se incluyen elementos estructurales elaborados en su mayoría a partir del
concreto. Sin embargo, su efectividad depende del diseño, funcionalidad y durabilidad de este
último.
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DESCRIPCION EXPERIMENTAL
Para poder desarrollar el experimento se ocuparon las instalaciones de la parcela de la U.A.Q. en
donde se construyo un canal a lo largo de la parcela y se colocaron encima de ella los colchones
flexibles de concreto en el cual se dejo pasar, a distintas fuerzas, un fluido; en este caso agua,
para que la energía que contenía al ir bajando por la pendiente del canal se transmitiera al suelo y
empezara con el mecanismo de la erosión.
El nivel del agua sobre el canal y el ancho de la superficie mojada dependiendo del fluido, eran
medidos en tres secciones distintas del canal, y al final del mismo se tomaron tres muestras por
cada tipo de flujo para analizar el sedimento y así evaluar el desempeño y calidad de los
colchones flexibles.
Para analizar las muestras se utilizó sulfato de aluminio ( Al2(SO4)3) como floculante para separar
los sedimentos sólidos del fluido y medir cuanta materia fue desprendida del suelo.
Para evaluar la erosión se tienen que tomar en cuenta variables del esfuerzo en el lecho del canal
o para flujo uniforme y medir el desprendimiento, el cual varia directamente con el esfuerzo que
se genere en el paso del fluido.
RESULTADOS
El análisis de la erosión sin recubrimiento de colchones flexibles de concreto ya se había
realizado con anterioridad, en donde se muestra bastante desprendimiento, mayor a 19 g/(s)(m)2.
Los resultados de las muestras analizadas de la evaluación sin colchón se muestran en la siguiente
grafica. (Tabla 1)
TABLA 1 RESULTADOS DE EROSIÒN SIN COLCHON FLEXIBLE DE CONCRETO
o
3.000
2.667
2.082
4.485
4.384
4.273
4.592
4.161
3.997
5.864
4.994
5.596
6.150
7.174
7.235
Dr
0.0907663
0.1073519
0.1009271
1.2274119
1.3265535
1.1694805
11.635799
3.4806395
6.3754553
12.966431
10.330579
10.923252
19.388597
19.123581
14.973626
Nota: la variable o representa el esfuerzo del flujo uniforme, y Dr representa el desprendimiento
del suelo.
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Para controlar la excesiva erosión del suelo se diseñaron colchones de concreto formadas por
unidades trapezoidales conformadas en un colchón de 4x12 unidades geométricas (Figura 1)
Figura 1. Colchón flexible de
concreto de 4x12 unidades.
Este colchón ha sido diseñado para tener la flexibilidad para adaptarse a la geometría del talud,
permitir el establecimiento rápido y efectivo de la vegetación raparia, proporcionar resistencia al
suelo contra los esfuerzos hidráulicos de corte y los esfuerzos normales y tangenciales en los
taludes debidos al flujo concentrado y las fuerzas gravitacionales.
Los resultados que presentó este diseño fueron favorables ya que redujeron la erosión
considerablemente, y como se muestra en la tabla de abajo (Tabla 2)
TABLA 2 RESULTADOS DE EROSIÒN CON COLCHON FLEXIBLE DE CONCRETO
τ
1.29869087
1.07654638
1.28160284
2.73408605
2.69990997
2.6657339
4.18656926
8.64654713
8.47566675
13.6533422
12.5606298
13.122428
15.9057123
16.0064745
16.1739503
Dr
0.1160812
0.0902175
0.08151827
0.86678149
1.48133222
1.22724029
1.96118341
1.80066691
2.13929353
7.31500042
5.17959466
4.0831178
5.66500473
4.56626144
3.81010183
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CONCLUSIONES
La erosión del suelo es un fenómeno natural que es necesario para el aporte de material fértil a las
planicies de inundación, mas sin embargo, el desarrollo de proyectos para la investigación de la
erosión en México es de suma importancia ya que las técnicas que existen hasta el momento
como el uso de los colchones pre vegetados, capaz de ramas, estacas vivas, wattles, fascines e
hidrosiembra tienen desventajas como es el tiempo que se necesita para que la vegetación se
establezca para que pueda funcionar completamente.
Por lo cual estamos satisfechos con el trabajo y diseño de los colchones flexibles de concreto ya
que la geometría y propiedades mecánicas del colchón flexible de concreto proporcionan una
mayor resistencia al suelo, lo que permite reducir la erosión causada por el flujo concentrado,
aumentar la estabilidad de los taludes y permitir el crecimiento de la vegetación riparia.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Libros
Pouey N., “Erosion hídrica en cursos de llanura sobre lechos cohesivos”, UNR EDITORA, REPUBILCA
ARGENTINA.
Sturm, T.W. 2001. Open Channel Hydraulics. McGraw Hill. New York, USA.
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