N O T I C R E T O N o . 7 0 - P R O T E C C I Ó N D E O R I L L A S INVESTIGACIÓN REVESTIMIENTO EN CONCRETO PARA LA PROTECCIÓN DE TALUDES POR: ING. EDUARDO BRAVO GORDILLO. [email protected] TEXTO Y FOTOS: DEL AUTOR La protección de las orillas de los ríos contra la socavación ha sido uno de los grandes retos del hombre debido a que sobre las márgenes desarrolla actividades sociales y económicas importantes que pueden ser afectadas por la destrucción y la migración lateral de las mismas. Una de las mejores técnicas para proteger las orillas de los ríos del efecto erosivo de la corriente ha sido tender el talud (disminuir su pendiente) y revestirlo superficialmente mediante algún elemento o elementos que soporten la acción hidráulica y que, además, permanezcan estables sobre la superficie que protegen. Teniendo en cuenta que el revestimiento hace parte fundamental de la protección, y con base en la experiencia del autor en la materia, éste desarrolló un manto flexible en concreto que reúne las características más importantes que deben tener este tipo de estructuras hidráulicas, incluyendo sus bajos costos, pero con un valor agregado: no requiere de tecnologías especializadas ni de procesos constructivos complejos, lo cual lo hace accesible para que las comunidades o particulares puedan proteger sus propios terrenos. En el artículo se presentan algunas consideraciones técnicas sobre revestimientos y sobre protección de orillas. Se describen las principales características del manto flexible, los materiales utilizados, los métodos constructivos y el análisis de costos, comparado con otros sistemas similares. 62 Aspectos generales sobre la protección de una orilla, mediante el revestimiento en concreto INVESTIGACIÓN GENERALIDADES SOBRE PROTECCIÓN DE ORILLAS Un aspecto importante de la protección de orillas es la estabilización de la superficie de tal manera que mantenga su integridad contra las fuerzas erosivas. Para lograr este propósito se han empleado varias técnicas, una de las cuales consiste en tender el talud y cubrirlo con algún tipo de revestimiento que cumpla con ciertas características: • Flexibilidad para que se acomode a los posibles cambios que sufra la orilla. • Resistencia frente a los impactos producidos por elementos que arrastre la corriente. • Integridad como manto superficial, así sea conformado por elementos sueltos. (caso los enrocados) • Estabilidad ante la acción del flujo, es decir que no se desplace o migre con la corriente. • Durabilidad acorde con la inversión a realizar. • Facilidad constructiva para que la ejecución sea rápida y ejecutable en un solo período de estiaje. • Bajos costos. La estabilidad de los elementos de protección depende básicamente de los siguientes factores: • Pendiente del talud. Cuanto más tendido esté, mayor estabilidad geotécnica del terreno, menor velocidad de la corriente sobre la orilla y menor requerimiento de peso de los elementos del revestimiento. El manejo de este factor depende de la disponibilidad del terreno sobre la margen: suficiente en áreas rurales y escasa en áreas urbanas. • Velocidad de la corriente. Depende del régimen de caudales del río y de la morfología del cauce: mayor sobre la parte externa de las curvas y sobre taludes verticales. • Peso de los elementos del revestimiento, el cual depende de las características físicas del material (peso específico) y del volumen de cada elemento. • Sistemas de confinamiento, que se derivan del material y de su disposición en la estructura. Gaviones, colchagaviones, etc. En relación con los revestimientos utilizados convencionalmente, se han encontrado dos grandes dificultades: • Conseguir las rocas adecuadas en cantidad, calidad y tamaño en el caso de los enrocados, lo cual puede dificultar o encarecer la aplicación de este sistema hasta hacerlo inviable. • Cuando no se consiguen a costos razonables rocas del tamaño adecuado para enrocados sueltos, se utiliza como alternativa la construcción de «colchagaviones» que consisten en colchonetas conformadas por rocas pequeñas confinadas en mallas de alambre galvanizado, o sintéticas. Mediante este sistema, las mallas que envuelven los elementos quedan totalmente expuestas a la acción del suelo, el agua del río y el intemperismo, lo que atenta contra su durabilidad al producirse degradación, oxidación y ruptura por impacto o vandalismo. Las dificultades mencionadas afectan directamente la calidad y el costo de la obra. Por lo tanto, estas deben minimizarse para conseguir una solución más adecuada. Atendiendo estas necesidades, el autor emprendió la tarea de desarrollar un revestimiento que cumpliera los requerimientos técnicos pero a costos de construcción más favorables y con una mayor expectativa de durabilidad, dando como resultado la creación de un manto prefabricado que utiliza geomallas sintéticas y concreto. MANTO FLEXIBLE EN CONCRETO Consideraciones de diseño Figuras 1a y 1b: Aspecto general de dos módulos Figura 2: Detalle de un elemento. Es un sistema de revestimiento flexible formado por módulos constituidos de paneles de concreto, unidos entre sí por una geomalla sintética. Cada módulo tiene la apariencia de un tapete formado por la unión de varios elementos con geometría uniforme, como se muestran en las Figuras 1a y 1b. Las dimensiones de cada módulo pueden variar de acuerdo con las necesidades de cada proyecto, pero un tamaño ideal es el de 405 x 405 x 5,5 cm. que corresponde al que presenta menores desperdicios en su fabricación, especialmente en la geomalla. Para la fabricación de los elementos, el concreto debe tener una resistencia a la compresión mínima de 21 Mpa y deberá teF E B R E R O - M A R Z O - A B R I L D E 2 0 0 4 63 N O T I C R E T O N o . 7 0 - P R O T E C C I Ó N D E O R I L L A S INVESTIGACIÓN ner una geometría similar a la mostrada en la Figura 2. Las dimensiones pueden variar, pero teniendo en cuenta tres factores: 1. La flexibilidad del manto es menor cuanto mayor es el tamaño de los elementos del manto. 2. Entre más agudo sea el ángulo de las aristas de los adoquines, será mayor la flexibilidad del manto pero los bordes de los elementos se deterioran más fácilmente. 3. La resistencia de la geomalla debe ser proporcional al peso del módulo. Las medidas mostradas en la Figura 2 corresponden a las óptimas, teniendo en cuenta los tres factores mencionados. La geomalla para unir los elementos entre sí, es una retícula con orificios rectangulares de 28 x 38 mm cuyo uso principal ha sido, hasta ahora, el de reforzar las estructuras en rellenos o bases para pavimentos. A la vez que actúa como elemento para ligar los elementos que conforman entre sí el manto, la geomalla sirve como refuerzo para el momento de la manipulación de los módulos; en este momento la geomalla puede estar sometida al mayor esfuerzo de tensión. Por esto el módulo está diseñado para que al ser izado de una de sus aristas no sufra deterioro o desintegración a causa de su propio peso. 1. Alistado de materiales (formaletas, geomalla y concreto). 2. Colocación de una primera etapa de concreto en la formaleta base. 3. Colocación de la geomalla sobre la formaleta base. 4. Colocación de la formaleta tapa haciendo coincidir los bordes. 5. Colocación del concreto a través de los orificios de la formaleta tapa. 6. Desencofrado y curado. Detalle de las formaletas Fundida de la base y colocación de la geomalla Colocación de la formaleta, tapa, fijación y fundida Módulo terminado y grapas de fijación al terreno Amarre al equipo de izaje Módulo izado mostrando su flexibilidad FABRICACIÓN DE UN MODELO A ESCALA REAL A manera de prueba, se construyó un panel de 1 x 3 m, usando para esto una formaleta metálica. Sin embargo, para una industrialización del sistema se podría figurar la formaleta base en concreto y hacer la formaleta tapa en metal o en cualquier otro material. Para obtener mayores rendimientos y aprovechamiento de las formaletas es necesario usar acelerantes de fraguado, para reducir el tiempo de fabricación de los módulos. A continuación se describe la secuencia del procedimiento a seguir para la fabricación de un módulo en laboratorio. 64 Para dar una mayor fijación de los módulos al terreno se ha contemplado la utilización de unas grapas en acero, las cuales tienen una forma tal que sus puntas coinciden con los puntos de intersección de las esquinas de los elementos. De esta manera es posible colocarlos en diferentes sitios del módulo de acuerdo con las necesidades del proyecto. Una vez el concreto de los elementos haya alcanzado la resistencia especificada, los módulos se podrán izar y trasladar al sitio de disposición final, para lo cual se puede utilizar una grúa o retroexcavadora, dependiendo de las características del proyecto. En este caso se izó el modulo de uno de sus extremos para verificar la resistencia de la geomalla, su maniobrabilidad y flexibilidad. Esta es una de las formas de instalación sobre el terreno, luego es necesario dejar unos orificios para tal fin. En la anterior secuencia fotográfica se muestran las principales actividades en la construcción e izaje de un módulo. PROYECTO PILOTO La implementación del sistema a modo de proyecto piloto se llevó a cabo en la protección de la orilla de un brazo del río Magdalena en el municipio de Morales, departamento de Bolívar. A continuación se presenta el proceso constructivo: 1/2 PUBLICIDAD SANGRADA Vista general del un brazo del Río Magdalena y al fondo, el talud a ser protegido Patio de fabricación. Almacenamiento de módulos. Colocación de módulos sobre el dique conformado con retroexcavadora. F E B R E R O - M A R Z O - A B R I L D E 2 0 0 4 O R I L L A S INVESTIGACIÓN Costos Vista general de los módulos antes de fundir las juntas. N O T I C R E T O N o . 7 0 - P R O T E C C I Ó N D E • Brinda a la superficie un acabado de gran belleza estética muy adecuado para las orillas en los sectores urbanos. • Bajos costos por m2 de revestimiento. Aspecto de un tramo protegido con un manto flexible después de haber sido sometido a una creciente. Características principales del manto flexible • Tipo de construcción modular. • Se puede producir en forma industrializada. • De fácil instalación. • Altos rendimientos en la instalación. • Flexibilidad para adaptarse a los cambios que experimente el terreno. • Utilización de materiales de fácil consecución o transporte. • El grado de flexibilidad se puede aumentar al disminuir el tamaño de los elementos que conforman los módulos. • Se puede obtener el grado de durabilidad y resistencia deseados modificando la resistencia de la mezcla para los elementos y la cuantía del refuerzo con la geomalla. • El tamaño de los adoquines puede adaptarse a las necesidades de estabilidad y/ o flexibilidad de cada proyecto. • En general, bajo la misma concepción del sistema, este se puede adaptar a las necesidades técnicas y/o arquitectónicas de cualquier proyecto. • Es resistente al intemperismo. • El elemento de confinamiento es una geomalla sintética que queda protegida por los mismos adoquines. 66 Como ejemplo de comparación se calcularon los costos por metro cuadrado de tres sistemas para un mismo sitio y bajo las mismas condiciones técnicas: velocidad del flujo, talud de la orilla y profundidad, en el Río Magdalena, en el sector de San Rafael de Chucurí, departamento de Santander. SISTEMA COSTO DIRECTO Enrocado $US 18,45/m2 Colchagavión $US 16,31/m2 Manto flexible $US 9,87/m2 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Está previsto que el sistema de manto flexible como revestimiento de orillas cumpla con el propósito de proteger la superficie del talud. Al igual que con los enrocados o colchagaviones, su estabilidad sobre el terreno depende del grado de inclinación del talud: cuanto más tendido, más estable. Sin embargo, su método de fijación con grapas y las dimensiones de cada módulo representan ventajas sobre los otros dos sistemas. Por su configuración, la geomalla que une los elementos tiene una mínima exposición, lo que no ocurre con los otros sistemas. Esta característica hace que el sistema sea más durable y resistente a los impactos. Tiene menos posibilidad de desintegración. La rugosidad superficial que presenta el sistema actúa como disipador de la energía del flujo sin producir grandes turbulencias. Lo cual disminuye la acción erosiva de la corriente. Cuando el material de la orilla a proteger está compuesto por limos o arenas es necesario colocar un geotextil no tejido entre el terreno y el manto flexible. Teniendo en cuenta su bajo costo por metro cuadrado, el manto flexible se convierte en una alternativa viable de protección frente a los sistemas existentes. Las formaletas y la geomalla son de fácil transporte. El sistema se ha propuesto para dos proyectos próximos a desarrollarse en el río Magdalena, con lo cual se podrá hacer un seguimiento al sistema para verificar sus bondades técnicas. Bajo el mismo concepto técnico, el sistema se puede adecuar a cualquier tipo de proyecto, por ejemplo: si se requieren elementos más pesados es posible hacer más grandes los elementos de los mantos; si se desea mayor o menor rugosidad se puede modificar la geometría de los adoquines; si, por efectos de la construcción, se requieren módulos más grandes, se puede aumentar la cuantía de la geomalla o utilizar una más resistente; si se desea mayor flexibilidad se disminuye el área de los elementos. Es decir, el sistema de manto flexible se convierte en una técnica básica para proteger taludes superficialmente, la que se puede adaptar a las necesidades de cualquier proyecto. 1/2 PUBLICIDAD SANGRADA El sistema puede ser usado en otro tipo de proyectos como revestimiento de taludes de vías o laderas, o bien para proteger taludes de presas contra el efecto del oleaje. También como adoquinado para parqueaderos o zonas peatonales. REFERENCIAS: Bravo, E, Alfonso, L: Diseño de enrocados para protección de taludes por el método de la universidad de colorado. análisis de variables y definición de criterios. LEH-UN, Revista AICUN, agosto de 2001. Probabilistic Approach to Desing of Riprap for River Bank Protection. U.S. ARMY: Streambank Protection Guidelines,. Engineer Waterways Experiment Station. F E B R E R O - M A R Z O - A B R I L D E 2 0 0 4