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Geo Mecanic A
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Geo Mecanic A
Colombia
Geomecánica
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
GEOMECÁNICA
PRESENTACIÓN
Este texto de Geomecánica para el Curso de Mecánica de Suelos I del programa de Ingeniería Civil,
elaborado en 2016 y actualizado en 2023, como soporte para el programa que se dicta en la
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, con una intensidad de 5 horas/semana (4h
teóricas, 1h-laboratorio) durante 16 semanas.
Contiene, además de un compendio teórico y bibliográfico para cada módulo, y de cuadros o tablas
con información geotécnica sobre propiedades y características de los materiales térreos de utilidad
para los trabajos de laboratorios, análisis de resultados y toma de decisiones, y ejercicios resueltos y
propuestos de soporte para el aprendizaje y para la Evaluación del curso.
El contenido ofrecido, no entra a los temarios de las asignaturas de Suelos II, de Geotecnia vial y de
Pavimentos, así trate someramente algunos fundamentos fundamentales para dichas materias, dado
que ellas tienen este curso como soporte. Igualmente, esta asignatura se soporta en el curso de
Geología, cuyo enlace se ofrece en cada capítulo, al lado de otras fuentes de complemento que
pueden ser consultadas del mismo modo.
Desde la óptica de la geotecnia en el contexto del trópico andino, donde nuestros jóvenes suelos
geodiversos y fundamentalmente residuales heredan las discontinuidades de macizos rocosos
afectados por vulcanismo y tectonismo, se incorporan dos desafíos; primero, la precariedad del
desarrollo de la Mecánica de los suelos para nuestro medio ecosistémico, como ciencia aplicada que
surge en otro escenario predecible con estructuras relictas de unos suelos transportados más
homogéneos, como lo son los de las latitudes altas donde nace esta ciencia aplicada; y segundo, el
de la mayor incertidumbre de las obras subterráneas como túneles y cimentaciones de grandes
terraplenes, respecto a las estructuras fundamentalmente tecnológicas.
Sabemos que mientras la incertidumbre de las estructuras metálicas y de concreto puede alcanzar
valores del 4% al 6%, en los macizos rocosos poco disturbados, la incertidumbre de las estructuras
subterráneas es del orden del 30%. No obstante, en nuestro medio tropical andino donde además
de la alteración tectónica suelen aparecer suelos especiales susceptibles de alteración acelerada, la
cuantía podría llegar al 50%. De ahí la importancia del método observacional implementado en la
geotécnia por Terzaghi (1945) y que formaliza con Peck (1948), dada su utilidad para el desarrollo
de esta clase de obras en la ingeniería del terreno.
Finalmente, queremos recordar que este texto de Geomecánica, se fundamenta en el libro “Mecánica
de los suelos” (2002) utilizado en nuestros cursos de la Universidad Nacional de Colombia. See more
at: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/3375
Atentamente, GDE y CEE.
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CAPÍTULO 1
GEOMECÁNICA PARA INGENIEROS
El suelo es el material de construcción más abundante dentro de las prácticas de la ingeniería Civil,
y constituye el soporte de las estructuras como edificaciones, vías, puentes, canales, torres, entre
otros, además se utiliza como el material de terraplenes viales, muros de tierra reforzada con
geotextil, diques, rellenos de adecuación de terrenos en relieves pendientes para áreas urbanas.
Los suelos conforman los taludes de corte y de terraplenes viales y son estructuras que cumplen
funciones diversas en los proyectos: son los elementos a estabilizar cuando se trata de taludes, y a
la vez brindan estabilidad a los demás elementos que hacen parte de un tratamiento de pendientes,
como los canales, las bermas, las estructuras y la vegetación que protege el suelo.
De ahí la necesidad de estudiar los suelos desde las diferentes ópticas y necesidades dentro de las
prácticas de la Ingeniería Civil. La estabilidad volumétrica de un suelo, donde no se admiten
deformaciones altas, la estabilidad de los taludes y de las estructuras que hacen parte de la
cimentación de una estructura; la saturación de los suelos y sus consecuencias en la inestabilidad
de taludes, la estabilidad del suelo frente a procesos de erosión hídrica o sus cambios de volumen
y resistencia cuando se deshidrata, son algunos de los comportamientos que se deben estudiar en
la mecánica de suelos para dar respuesta a problemas frecuentes vinculados con los materiales
térreos.
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la resistencia de ese suelo y cambia su volumen; además de la respuesta del suelo fino saturado
por la aplicación de cargas estáticas, cuando se induce el flujo del agua libre, se deforma y sufre
asentamiento la estructura apoyada en él.
El suelo debe ser un elemento funcional en los proyectos de ingeniería cuando conforma taludes de
corte y de terraplenes, y su funcionalidad se vincula con la conservación de la humedad y de la
plasticidad para soportar la vegetación que lo protege y conservar sus cualidades que permiten la
estabilidad del talud. El talud de la figura 1.1 es inestable por causa de los ciclos de secado y
saturación que sufre el suelo cuando pierde humedad hasta la deshidratación por el calor del sol y
el viento, y sufre la saturación por lluvias.
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En su trabajo práctico el ingeniero civil atiende problemas diversos y complejos planteados por el
suelo. Prácticamente todas las estructuras de ingeniería civil como edificios, puentes, carreteras,
túneles, muros, torres, canales o presas, deben cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro
de ella. Para que una estructura se comporte satisfactoriamente debe estar dotada de una
cimentación adecuada: cuando el terreno firme está próximo a la superficie, una forma común de
transmitir las cargas de la estructura al terreno es mediante zapatas. Un sistema de zapatas se
denomina cimentación superficial; cuando el terreno firme no está próximo a la superficie, un
sistema habitual para transmitir el peso de la estructura al terreno firme es mediante pilotes.
El suelo es el material de construcción más abundante del mundo y en muchas zonas constituye,
de hecho, el único material disponible. Cuando el ingeniero emplea el suelo como material de
construcción debe seleccionar el tipo de suelo adecuado, el método de colocación y debe controlar
su colocación en obra. Ejemplos de suelo como material de construcción son las presas de tierra,
los terraplenes como el presentado en la figura 1.3 y los rellenos para la adecuación de vías.
Otro problema común ocurre cuando la superficie del terreno es inclinada y existe una componente
del peso que tiende a generar el deslizamiento del suelo. Si a lo largo de un plano potencial de
deslizamiento los esfuerzos debido al propio peso del talud o cualquier otra causa (como las aguas
freáticas, el peso de una estructura o un sismo), superan la resistencia disponible del suelo, se
produce el deslizamiento del terreno.
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Las estructuras de contención son otro problema a resolver con el apoyo de la mecánica de suelos,
las más comunes son los muros, las tablestacas, las pantallas ancladas y los muros en tierra
reforzada.
La historia de la Mecánica de Suelos como la de otras ramas de la ingeniería, muestra que su estado
del arte se ha construido sobre la necesidad de plantear soluciones a los retos socioambientales del
hábitat con nuevas estructuras, como vías, muros, canales, edificaciones y otras obras.
Si para el efecto, la recopilación, revisión y análisis de las experiencias que fueron contribuyendo al
a la consolidación de la ingeniería como una disciplina aplicada, también el desarrollo de nuevas
tecnologías y técnicas asociadas a procesos ingenieriles y a materiales de construcción, resultaros
ser fundamentales. Hoy más que nunca los procedimientos y técnicas de construcción, cuentan con
herramientas de análisis y cálculo complementarias a los necesarios modelos físicos a escala que
siempre son de carácter fundamental, como lo son los modelos digitales, un valioso soporte de la
vida moderna.
En la dinastía Chou, 1.000 A. C, se dan recomendaciones para construir los caminos y puentes. El
siglo XVII trae las primeras contribuciones literarias sobre ingeniería de suelos y el siglo XVIII marca
el comienzo de la Ingeniería Civil, cuando la ciencia se toma como fundamento del diseño estructural.
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Vauban, 1.687, ingeniero militar francés formula reglas y fórmulas empíricas para construcción de
muros de contención.
Bullet, 1.691, (francés), presenta la primera teoría sobre empuje de tierras y a ella contribuyen los
franceses Couplet (1.726), Coulomb (1.773), Rondelet (1.802), Navier (1.839), Poncelet (1.840) y
Collin (1.846). Más adelante el escocés Rankine (1.857) y el suizo Culman (1.866).
En 1773, Coulomb (francés), relaciona la resistencia al corte con la cohesión y fricción del suelo. En
1857, Rankine (Escocés), presenta su teoría del empuje de tierras. En 1856, se presenta la "Ley de
Darcy" (Francia) y la “Ley de Stokes” (Inglaterra), relacionadas con la permeabilidad del suelo y la
velocidad de caída de partículas sólidas en fluidos.
Culman (1866) aplica gráficamente la teoría de Coulomb a muros de contención. En 1871, Mohr
(Berlín) desarrolla el cálculo de esfuerzos (una representación gráfica) en un punto del suelo dado.
1873, Bauman (Chicago) afirma que el área de la zapata depende de la carga de la columna y
recomienda valores de carga en arcillas.
En 1911, Atterberg (Suecia), establece los límites de Atterberg para suelos finos.
En 1913, Fellenius (Suecia), desarrolla métodos de muestreo y ensayos para conocer la resistencia
al corte de los suelos y otras propiedades. Además, desarrolla el método sueco del círculo para
calcular la falla en suelos cohesivos.
Y para el caso local, si bien la Universidad Nacional de Colombia que nace en 1867, abraza el Colegio
Militar una institución pública creada en 1961 por el general Tomás Cipriano de Mosquera para formar
los oficiales del Estado Mayor e Ingenieros Civiles, en la Sede de Manizales donde la entonces Facultad
de Ingeniería se crea en 1948 como primer programa académico de la Universidad Popular creada
en 1943, tras un año de labores orientadas hacia la ingeniería mecánica surge el programa de
Ingeniería Civil, en el que hacia 1952 se dicta por primera vez el curso de Mecánica de Suelos, por el
Ingeniero Civil Julio Robledo Isaza.
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El ingeniero de suelos debe conocer el contexto geológico del suelo, las condiciones agrológicas de
las unidades, el clima de la región y el relieve. Sin ese entendimiento, su trabajo estará lleno de
incertidumbres que pueden traducirse en pérdidas de oportunidades al desconocer las propiedades
inherentes al material, y sobretodo, al no incorporar los elementos de riesgo para el diseño, por omitir
circunstancias fundamentales intrínsecas y ambientales.
1.4.1. Generalidades
Suelo en Ingeniería Civil son los sedimentos no consolidados de partículas sólidas fruto de la
alteración de las rocas, o los suelos transportados por agentes como el agua, el hielo o el viento, con
la contribución de la gravedad como fuerza direccional selectiva y que puede tener, o no materia
orgánica. El suelo es un cuerpo natural heterogéneo.
La estructura del suelo puede ser natural (la del suelo “in situ”), como un talud, o el suelo de
cimentación, o artificial (suelo como material de construcción), como un terraplén o un relleno.
VI Suelo con
humus
MECÁNICA DE Fábrica textural heredada. Zona de
SUELOS V Suelo sin lixiviación susceptible a la erosión.
humus
IV Completamente
descompuesto
Fábrica textural y estructural. Zona de
III Altamente acumulación. Inicia el control estructural.
MECÁNICA DE descompuesto
GRANOS
GRUESOS
II Parcialmente Fábrica estructural heredada.
descompuesto
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1.4.2 Etapas y procesos en la formación del suelo (I) y de las arcillas (II)
Los suelos se forman a partir de la alteración de la roca. Esta inicia con la alteración mecánica cuando
la tectónica induce esfuerzos que deforma y fracciona la roca, y la descarga por erosión disminuye
las presiones, y permite el relajamiento y la ampliación de las discontinuidades a través de los planos
estructurales de esta. La roca fracturada y relajada es más permeable, permite la circulación de flujos
y obra la meteorización capaz de transformar los minerales de la roca que están en contacto con el
agua.
Meteorización Seres
Agua
Quimica Vivos
Derrubios
Roca Madre Suelo
Minerrales
Alteración Materia
Aire
Mecánica Orgánica
Los factores que intervienen en la formación y evolución del suelo son cinco:
El Material Parental: cuando la roca o los suelos son permeables permiten el acceso y la circulación
de líquidos (agua) y gases (aire) que reaccionan con los minerales constituyentes de la roca madre.
El Tiempo: Las deformaciones que sufre la roca y el suelo, la circulación de los líquidos y gases a
través de la estructura y las reacciones químicas requieren tiempo: unos minerales sufren alteración
más rápido que otros, de ahí que la alteración del suelo es heterogénea y por eso los perfiles cambian
con gran frecuencia.
El relieve: Las pendientes, el patrón del drenaje, la orientación de la ladera y las barreras
topográficas son el resultado de la combinación de la actividad tectónica y volcánica que forman el
relieve y los procesos denudativos modelan el paisaje. Tanto la erosión del suelo como la acumulación
están muy ligados al relieve y éste ejercer control sobre los espesores del suelo: en las áreas planas
los suelos presentan mayor espesor que en las pendientes donde se erosionan.
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originan ácidos orgánicos y gases que reaccionan con el suelo y la descomposición de la materia
orgánica contribuyen a la formación del suelo.
Suelo residual
Suelos transportados
1
Talus
2 Coluvión
Aluvión
3
1. Ladera convexa.
2. Ladera rectilinea 4
3. Ladera cóncava.
4. Planicie aluvial
F.F.E.S.
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Los depósitos de tierra son las formaciones de suelos transportados (formaciones superficiales) por
la acción de agentes como el agua, el hielo, el viento y el hombre, con contribución de la gravedad.
Se clasifican según el agente, el lugar y la estructura.
El ingeniero de suelos debe reconocer y advertir las propiedades ingenieriles de los depósitos y
diferenciarlas de aquellas exhibidas por los suelos residuales. La densidad, la compresibilidad, la
resistencia, la permeabilidad y la plasticidad son unas de muchas propiedades de los suelos que
permiten los diseños y la atención de problemas en forma oportuna, para atender los problemas que
se generan en un suelo de depósito y son diferentes a los generados en una formación con otra
génesis.
Por el agente: los materiales que son movilizados, transportados y depositados por un agente
adquieren ciertas propiedades particulares: los depósitos coluviales son transportados ladera abajo
por la acción de la gravedad; estos depósitos alcanzan humedades altas y su textura y estructura
está gobernada por las fuerzas de la gravedad. Los depósitos eólicos son transportados por el viento,
en el transporte y depósito se presenta una selección por tamaños y densidades y ocurre el depósito
de partículas secas de diámetros y densidades similares conformando depósitos de baja densidad.
Los depósitos aluviales son formados a partir del transporte de partículas por la acción del agua y su
sedimentación. Las características del depósito es el resultado de la energía y densidad del flujo, y
estos determinan los tamaños de las partículas: se presentan depósitos arcillosos en ambientes de
energías bajas y depósitos granulares de arenas y gravas cuando la energía del agua es alta. El
depósito glaciar (hielo), es el resultado de los depósitos en los glaciares que forman los casquetes
polares. El proceso del avance y retroceso del glaciar genera un rozamiento entre hielo y el material
de cimentación, y con este la erosión de material de cimentación, su transporte y depósito cuando el
glaciar se descongela.
Por el lugar: los depósitos que se generan en humedales y áreas bajas con nivel freático superficial
se denominan palustres (pantanos); los depósitos en el fondo marino (marinos), se forman en
ambientes de concentración de sales diferentes a los depósitos continentales (terrígenos) y los
depósitos lacustres (lagos) donde el agente son aguas dulces con otra concentración de sales. La
respuesta de los depósitos es diferente debido a la estructura de los suelos (el ordenamiento de las
partículas sólidas finas está gobernado por fuerzas eléctricas), al grado de consolidación y a la
susceptibilidad a la erosión por el cambio de la concentración de sales que ocupan los espacios vacíos.
Por la estructura: los clásticos (fragmentos) son depósitos en los pies de taludes rocosos de
clastos que son el producto de la alteración de la roca por cambios bruscos de temperatura; los
depósitos no clásticos (masivos) son suelos y bloques donde las propiedades del material están
gobernadas por la resistencia o la permeabilidad del material fino.
Los talus y los coluviones son depósitos de ladera: el talus es un depósito clastosoportado (Los
bloques están mutuamente en contacto) y los coluviones son matriz soportados (la matriz de suelo
no permite el contacto entre los bloques). Ambos depósitos se localizan en las laderas de
acumulación. La infiltración es más intensa en las laderas convexas donde se puede presentar
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procesos de reptamiento. Las laderas rectilíneas, largas y pendientes son denutativas y exhiben los
horizontes I y II (Ver figura 1.8).
Las alteraciones que sufren las rocas por la acción de la tectónica y la actividad hidrotermal no son
formas de meteorización; pero contribuyen a preparar los materiales para la meteorización acelerada
que se presenta en ambientes húmedos, donde las variaciones del clima y la humedad son intensas.
No son la humedad y la temperatura, sino las variaciones de ambas las que hacen intensa y rápida
la meteorización.
Incluye la desintegración de la roca por acción mecánica. La roca es sometida cambios de esfuerzos
por la descarga del suelo: se presenta el relajamiento, se abren las fisuras y la estructura del macizo
rocoso es más evidente y abierta. Los ciclos de secado saturación o los cambios de temperatura
contribuyen a la disgregación de la roca y a la formación del suelo. Actividades como la tectónica
(ver figura 1.9), el clima, la acción biológica y la hidrotermal intervienen en los macizos rocosos y los
preparan para la meteorización.
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Son el conjunto de las reacciones químicas entre el suelo y los agentes como el agua y los fluidos
que permean el sustrato y dan como resultado el suelo. Las reacciones químicas pueden ser por agua
(hidratación, hidrólisis, solución), por CO2 (Carbonatación) o por O2 (Oxidación, reducción).
Los coluviones son por lo general depósitos de suelo formados por la acción de la gravedad y quedan
acumulados en el pie de las laderas; son heterogéneos, sueltos y en ocasiones presentan bloques
angulosos. En ellos se estimula la infiltración y el paso del agua a través de su estructura, estimulando
la formación de los suelos.
Los aluviones son depósitos conformados por materiales gruesos embebidos en matrices finas que
se depositan en los valles estrechos de montaña, o por materiales finos que ocupan los valles amplios.
La gradación está vinculada con la intensidad del evento: la acción hidráulica del fluido que moviliza
el material, las características del flujo que lo transporta y el ambiente en el cual se deposita
determinan la textura y estructura del depósito: en cauces torrenciales y valles estrechos so comunes
depósitos heterogéneos de materiales finos y bloques; en valles amplios de pendientes bajas los
materiales depositados son, por lo general, finos.
Los depósitos lacustres son por lo general de grano fino; los depósitos marinos suelen ser
estratificados.
Los depósitos glaciares son heterogéneos, los till1 no presentan estratificación clara; los
fluvioglaciares sí. Los primeros por el efecto aplanadora del hielo y los segundos por formarse a partir
de las aguas de fusión.
Los depósitos eólicos son homogéneos, los loes son conformados por limos y los más estables son
acumulaciones de arena.
Los principales minerales que constituyen suelos gruesos son: Silicato principalmente feldespato (K,
Na, Ca), micas (moscovita y biotita), olivino y serpentina. Óxidos, en especial el cuarzo (SiO 2),
limonita, magnetita y corindón. Carbonatos, principalmente calcita y dolomita; y sulfatos como yeso
y anhidrita.
Desde la perspectiva geotécnica, dicha diferencia depende de la resistencia a la compresión c, según
estos criterios:
1 Tillita: Material depositado por glaciación; este material usualmente está compuesto por un amplio rango de tamaños de partículas, que no ha sido sometido
a selección por acción del agua. (Geotecnia, diccionario básico, Fabián Hoyos Patiño. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Medellín, 2001).
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Los suelos homogéneos presentan planos de falla circulares; las rocas tienen planos gobernados por
la estructura del macizo rocoso.
ARCILLAS LIMOS
La resistencia seca es alta a muy alta, La resistencia seca es baja, aún seca al horno.
especialmente si se seca al horno. Desprende polvo de la superficie.
No desprende polvo de la superficie. Es fácilmente desmenuzable con los dedos.
Difícilmente desmenuzable con los dedos. Plasticidad. Los rollitos para el límite plástico son
Plasticidad. Los rollitos del límite plástico son frágiles. Secan rápido y se agrietan fácilmente
tenaces, secan lentamente y permanecen finos, con humedad bajo el estado plástico. Tienen
con humedades bajo el estado plástico. Tienen resistencia baja.
resistencia alta a muy alta. Reacción rápida frente a vibración o dilatancia.
Reacción muy lenta o nula a la vibración o La superficie se vuelve húmeda por vibración y
dilatancia. La superficie permanece lustrosa. se opaca al presionarla.
Dispersión. Cuando está en suspensión, tarda Dispersión. Se asienta entre 15 y 60 minutos.
días a semanas, en asentarse, a menos que La arena tarda entre 30 y 60 segundos.
haya floculación.
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El aire y el agua son elementos constitutivos del suelo, además de los sólidos y los gases. Los guijarros
son fragmentos de roca con diámetros () > 2 cm. Las gravas tienen dimensiones entre 2 mm y 2
cm. La arena gruesa desde 0,2mm < < 0,2 cm; la arena fina entre 0,005 mm < < 0,2 mm. Se
denomina limos a las partículas con diámetro aparente entre 0,005 mm y 0,05 mm. Con los análisis
granulométricos, las arcillas son los constituyentes de diámetro aparente inferior a 0,002 mm (o 2),
pero el término arcilla tiene otro sentido, adicionalmente, no granulométrico.
1.5 La Arcilla.
Son grupos minerales definidos, como caolinita, illita y montmorillonita, donde participan estructuras
octaédricas y tetraédricas. La arcilla, como el humus, posee propiedades coloidales. Las arcillas, en
el sentido mineralógico, son cristales microscópicos cuyos átomos están dispuestos en planos.
Al interior de una trama de átomos de oxígeno, cuyas esferas iónicas son voluminosas, se encuentran
cationes de sílice (Si) y aluminio (Al). Si el volumen lo permite, los cationes de hierro (Fe), magnesio
(Mg), calcio (Ca) o potasio (K) reemplazan al sílice (Si) y al aluminio (Al).
Las arcillas tienen una capacidad de intercambio iónico grande. Otros iones diferentes a los
enunciados pueden completar las capas y unirlas, y también, las cargas eléctricas libres pueden ser
equilibradas por iones intercambiables.
Tetraedro de silicio
Octaedro de aluminio
Octaedro de magnedsio
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Grupo y mineral
caolinita Grupo
4 SiO illita
+
K G
Mineral haloisita
1.5.1. Las Caolinitas: Principal grupo de arcillas que presenta baja capacidad de intercambio, 10
– 12 me (miliequivalentes) cada 100 gr, y con dos capas de cationes, las llamadas arcillas 1:1 (capa
tetraédrica más capa octaédrica de alúmina hidratada). El arreglo, que se repite indefinidamente da
una carga eléctrica neutra del mineral caolinita, cuya estructura no es expansiva, por no admitir
agua en su retícula. Estas arcillas son moderadamente plásticas, de mayor permeabilidad y mayor
fricción interna. Del grupo son: HALOISITA, CAOLINITA (por definición), ENDELLITA, DICKITA,
ALOFANO, NACRITA Y ANAUXITA. La haloisita, aunque tiene la misma fórmula del caolín, contiene
moléculas extras dentro de su estructura. En la figura 1.11 Gibsita = SiO 4 (En la “Carta de
Plasticidad” las caolinitas están bajo la línea A = limos).
1.5.2. Illita: Es una arcilla 2:1, cuya capacidad de intercambio es de unos 40 me/100gr, lo que la
hace algo expansiva. Las láminas de alúmina están entre dos láminas de SiO 4, y estas se ligan por
iones de potasio, que le dan cierta estabilidad al conjunto. La actividad de la illita es 0,9, de la caolinita
es de 0,38. El coeficiente de fricción interno y la permeabilidad son menores que en la caolinita y
mayores que en la montmorillonita.
1.5.3. Montmorillonita: Arcilla 2:1 cuya capacidad de intercambio es de unos 120 me/100gr, lo
que las hace muy expansivas. Entre las dos láminas de sílice se encuentra una brucita o una gibsita,
y este arreglo se repite indefinidamente. La unión entre minerales individuales es débil, por lo cual el
agua se inserta, introduciendo moléculas para producir el hinchamiento del suelo. Además de ser
expansiva, la montmorillonita es muy plástica y se contrae al secarse, mejorando su resistencia y
haciéndose impermeable. La actividad de la montmorillonita es 7,2.
G G B
Entre las montmorillonitas se
identifican: La
MONTMORILLONITA (por
definición), HECTORITA,
SAPONITA, BEIDELLITA,
SiO4 NH2O
SAUCONITA, TALCO,
PORFILITA y NONTRONITA.
Vermiculita, clorita, sericita, etc., son otros minerales arcillosos no clasificados en los anteriores tres
grupos.
1.5.4. Actividad:
Este parámetro lo expresó Skempton (1953) como la pendiente de la línea que relaciona el índice
plástico de un suelo con su contenido de minerales de tamaño arcilloso, como se verá en el Capítulo
4, numeral 4.1 y fórmula 4.3. Una actividad normal es de 0,75 a 1,25. Más de 1,25 es alta y menos
de 0,75 es inactiva. Actividad supone cohesión, expansividad y plasticidad. Véase Tabla 4.2- Actividad
de las Arcillas.
1.6 Definiciones
Saprolito: Suelo residual en el que se conservan relictos con la textura y la estructura de la roca
original. Normalmente el saprofito presenta una textura limosa o areno-limosa y colores abigarrados
en los que predominan los tonos rojizos debido a la oxidación del hierro y los minerales primarios.
Regolito: Término genérico utilizado para designar los materiales de la corteza terrestre que se
encuentran entre la superficie y el sustrato rocoso, sean ellos residuales o transportados. Es un
sinónimo de suelo que comprende los fragmentos de roca, suelos residuales, depósitos aluviales,
lacustres, glaciales, eólicos y marinos, suelos orgánicos y depósitos antrópicos.
Suelo residual: Suelo formado por la meteorización in situ del material parental.
Lixiviación: Remoción de material soluble y coloides del suelo por el agua de percolación.
Humus: Material de color pardo o negro formado por la descomposición parcial de materia orgánica
(vegetal o animal). Es la porción orgánica del suelo.
Relictos: Estructuras heredadas por el suelo, de la roca madre (diaclasas, fracturas, etc.).
Coluvión: Son masas de suelo depositadas en la base de las laderas de pendientes moderadas, con
la contribución de la gravedad. Estos depósitos están conformados por limos, arcillas, arenas mal
gradadas, gravas o bloques. Son depósitos gravitacionales y se generan a partir de los movimientos
en masa.
Aluvión: Depósitos de suelo originado por componentes transportados por una corriente de agua y
posteriormente depositados por sedimentación.
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Abrasión: Desgaste mecánico de las rocas por fricción e impacto, producido por la acción del agua,
el viento y los glaciares.
Geoforma: Rasgo físico reconocible en la superficie de la tierra, como una forma propia
característica. Las geoformas pueden tener una extensión tal que las haga asimilables a unidades
geomorfológicas propiamente dichas como el caso de mesetas, valles llanuras; es preferible reservar
este término para rasgos individuales, identificables en cartografía a escalas entre 1:10.000 y
1:50.000, o menores, como escarpes, terrazas, conos volcánicos, taludes, abanicos aluviales.
Hz 3-Altamente
Suelo de III Alteración Residual Zona
descompuesto
Transición Parcial Joven Intermedia
Zona
Hz 2-Parcialmente
Meteorización II Alteración Roca parcialmente
descompuesto
Parcial Parcial desintegrada alterada
Roca
Roca Sana Roca sana Roca inalterada Hz 1-Roca sana
Inalterada
Deere-Paton Chandler Vargas Sowers Duque-Escobar
1971 1969 1951 1954-1963 2002
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Unidad Cretácica constituida Formación del Terciario, edad Unidad conglomerática del
por dos miembros: uno de 4 a 8 millones de años. Terciario Superior, de color
volcánico y otro, el que se Suprayace a Quebradagrande rojizo o amarillo y alto grado
muestra, metasedimentario, y es suprayacida por la de meteorización. Con la
constituido por areniscas Formación Casabianca o por anterior FM y las Cenizas de
líticas, brechas sedimentarias, la secuencia volcaniclástico de cobertura, constituye el
chert, lutitas, grauvacas, etc. Manizales. supraterreno de Manizales.
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En el POT, se deben considerar ajustes en el factor de seguridad de las laderas, teniendo en cuenta
además de los resultados de la microzonificación sísmica desarrollada por el CIMOC que invitan a
contemplar el efecto de amplificación de los suelos, los cambios en la amenaza climática donde el
período de los eventos extremos se ha acortado de forma sustantiva.
1- Respecto a la amenaza sísmica, véanse las siguientes imágenes: Mapa no oficial de Amenaza
Sísmica para Colombia según Carlos A. Vargas, en UN Periódico (2011), y Litología y Suelos, y
Espectros de la Microzonificación Sísmica para Manizales, del CIMOC (2002).
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se infieren dos cosas: a) que la fuente sísmica fue Romeral, y b) que el período de retorno de este
evento es de unos 750 años, entonces, ¿por qué no tomar previsiones en el sector vecino a Manizales
y Salamina, donde la falla aún no ha liberado su energía, tal cual lo hizo en Popayán y el Quindío?
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Tabla para la Valoración del Riesgo en función del período de las Amenazas Tr y la vida útil de una
obra n. R=1-(1-1/Tr)n
Como fundamento, en la fórmula para estimar R, el factor 1/Tr es la probabilidad temporal del
evento, así se trate de lluvias o de sismos. Las obras se diseñan del lado de la falla, donde R>50%,
pues de lo contrario la ciudad no sería viable: obsérvese los valores de la diagonal.
Igualmente, la tabla permite inferir cómo con la tala y los modelados se ha comprometido el factor
de seguridad de largo plazo de nuestras frágiles laderas, dado que para valores elevados de n el valor
del riesgo con eventos extremos es uno.
Véase en el talud de la fotografía, cómo la presencia de las cenizas volcánicas que aparecen por
debajo de un suelo orgánico (sobre el cual hay un depósito antrópico), dan testimonio de la
estabilidad a largo plazo de una ladera ligeramente inclinada. Al respecto, si la formación de una capa
orgánica de tan solo 10 cm de espesor en este clima y a esta altitud, puede tardar un siglo, las
cenizas que subyacen el horizonte orgánico y que probablemente provienen de Cerro Bravo, se
remontan adecenas de miles de años.
Como conclusión, si las laderas de fuerte pendiente del trópico andino poseen un factor de seguridad
de largo plazo igual a uno, con los modelados y con la deforestación se ha vulnerado ese frágil
equilibrio límite de estabilidad. De ahí la importancia de: a- prevenir la separación de costos y
beneficios en la explotación del suelo que subyace en la construcción de viviendas de interés social;
b- controlar el modelo de expansión del suelo que especula con la plusvalía urbana; c- ajustar los
factores de seguridad para responder a las condiciones sísmicas de la ciudad y a los eventos climáticos
extremos; y d- implementar la plusvalía urbana para hacer viable un POT que pueda llevar
infraestructura ambiental para asegurar zonas ya intervenidas, y atender así las demandas
socioambientales asociadas con la fragilidad del medio.
Mapa de Complemento:
24
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Véase en rojo cómo las zonas de mayor susceptibilidad a los deslizamientos en Manizales
coinciden con las laderas de fuerte pendiente de la ciudad. Mapa Preliminar de Amenazas por
Deslizamiento UN- Corpocaldas.
REFERENCIA: Presentación ante la Comisión Cuarta del Concejo de Manizales, del Jueves 11 de
Mayo de 2017. Gonzalo Duque Escobar.
**
Ima 01- Colombia: Izq. Principales sistemas de fallas geológicas activas (SGC,2017; París, 1999)
Der. Sismicidad registrada del 1-01-2020 al 30-06-2020 (SGC, 2020).
25
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El Eje Cafetero, está ubicado en el centro occidente de Colombia, sobre una provincia sismotectónica
donde los terremotos de 1938, 1961-62, 1979 (2) y 1995 (2) ponen en evidencia una fuente sísmica
generadora de eventos profundos fuertes y dobles cada dos o tres décadas, con sismos de magnitud
cercana a 7 grados provenientes de la zona de subducción; pero también, además de lo que ocurre
en el Magdalena Centro (1805) y Huila (1967), las fallas del sistema Cauca-Romeral son otra fuente
que merece mayor consideración, dadas las devastadoras consecuencias de sismos superficiales
asociados a fallas activas, de magnitud 6 pero de mayor intensidad, como los de Popayán 1983 y
Quindío 1999.
Hay singularidades en Riosucio (Chocó) y en la región de Bucaramanga, como también fallas de gran
actividad en la joven cordillera Oriental y en otras regiones del país, según lo visto atrás. La falla
Atrato afecta a los departamentos del Valle del Cauca, Chocó y Antioquia. La falla de Romeral
atraviesa los departamentos de Nariño, Cauca, Tolima, Quindío, Risaralda, Caldas, Antioquia,
Córdoba, Sucre, Bolívar y Magdalena.
Ima 02- Der: Provincias sismotectónicas y fuentes sísmicas de Colombia. Manual de Geología de
GDE. Izq- Amenaza Sísmica en Colombia.: mapas de Aceleración Pico y Velocidad Pico, efectivas.
AIS
La falla del Cauca recorre los departamentos de Nariño y Cauca. La falla de Palestina cruza los
departamentos de Tolima, Caldas, Antioquia y Bolívar. La falla de Santa Marta-Bucaramanga afecta
a los departamentos de Cundinamarca, Boyacá, Santanderes, Cesar y Magdalena. La falla Guaicaramo
cruza los departamentos del Meta, Cundinamarca, Boyacá y Arauca. También se han registrado
sismos en Puerto Carreño, Putumayo y San Andrés.
26
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El Eje Cafetero está localizado en una de las zonas de alto riesgo sísmico de Colombia. Los sismos
de 1938, 1961-62, 1979 y 1995 ponen en evidencia una fuente sísmica de importancia, generadora
de eventos de magnitud cercana a 7 grados e intensidades de VII, la que por la profundidad (70 a
100 km.) y posición de los focos (basamento de la Cordillera Occidental) se ha relacionado con la
zona de subducción de la Placa de Nazca (Pacífico). Las aceleraciones registradas en superficie por
estos eventos profundos han alcanzado valores del 11% de la gravedad.
Ver: Laderas del Trópico Andino: caso Manizales. La gestión ambiental del hábitat.
Ima 03- Der: Arriba: Mapa de riesgo sísmico en Colombia, por Noel Maldonado (Adap); y Sismo de
Tumaco, fuente USGS, en Earthquake.usgs.gov04- Abajo: Fenómeno de amplificación Sísmica en
suelos blandos (Beatriz Benjumea) .Izq: Ima 08- Geología del área del Volcán Nevado del Ruiz.
Modificado de González 2001.
Esta temática ha sido uno de los principales objetivos de técnicos y científicos que laboran en el
Programa de la Red Sísmica del Eje Cafetero y el Tolima, para llegar a lo que se conoce como
respuesta sísmica. Es importante señalar que las tres ciudades capitales de la conurbación, afectadas
por la Falla Romeral, están sobre potentes abanicos asociados a depósitos fluviotorrenciales de origen
volcánico, asociados a los ríos Chinchiná, Otún y Quindío. El de Manizales anuncia levantamiento
desde el terciario tardío hasta el holoceno. Allí, la formación Manizales con sus depósitos
27
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Como no es posible aún predecir los fenómenos sísmicos de un modo determinista, se ha recurrido
a modelos probabilísticos para elaborar pronósticos cuya eficacia depende de la validez, cantidad,
calidad y extensión de los datos que alimentan el modelo. Pero dada la limitación en nuestras bases
de datos, se ha buscado representar la historia sísmica con la recurrencia de las magnitudes
generadas por las diferentes sismofuentes, asumiendo su localización y unas determinadas leyes de
atenuación de intensidad, donde las variables se modelan con características aleatorias dada la
incertidumbre de los registros y del fenómeno en sí (modelo estadístico bayesiano).
Ima 04- Rutas de Huracanes y Zonas Sísmicas del Planeta. Mapa de Munich RE, en Razón Pública.
La interacción suelo-estructura (SSI) es un factor clave en la evaluación del riesgo sísmico ya que
considera el impacto sobre las estructuras por el movimiento del suelo generado en un terremoto, y
evalúa con precisión el peligro sísmico para adaptar el diseño minimizando los daños causados. Se
parte del presupuesto de que la intensidad es la variable más determinante en los daños sísmicos,
y que la calibración de los resultados finales y consistencia entre tasas de excedencia de
magnitudes e historia sísmica regional se obtiene con el catálogo sísmico del lugar.
28
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ver: Gestión del riesgo natural y el caso de Colombia. “Escombros a la espera” en zonas sísmicas
densamente pobladas.
Ima 06- Modelación del riesgo sísmico en Bogotá al 2018: daños esperados y tipología de suelos.
Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático.
Ima 07- Impactos por Tsunami de 1979 en Tumaco- Nariño. Corporación OSSO.
En cuanto a la Amenaza, el Eje Cafetero se ubica al norte de una provincia sismo tectónicamente
homogénea, ubicada entre la fosa del Pacífico Colombiano y la Cordillera Central de los Andes más
septentrionales de América, un territorio sísmicamente activo que parte del Macizo Colombiano y
llega hasta las Montañas de Antioquia, donde transcurren de Sur a norte los Sistemas de Fallas de
Romeral y del Cauca-Patía.
La Falla Cauca y sector central de la Falla de Romeral, desde Cartago a Puerto Valdivia, delimitan un
graben comprimido o depresión estructural, entre las dos cordilleras; allí, al observar las trazas de la
Falla de Romeral con una distribución alineada de cuerpos ígneos afines a la corteza oceánica en su
contorno, se prevé que dicha ruptura profundice la corteza.
• Ver: Calentamiento global en Colombia. No hay más terremotos, simplemente desastres más
grandes.
…
Según la investigación del potencial geotérmico del Ruiz hecha por la Central Hidroeléctrica de Caldas
(CHEC, 1979-1985), y la Geología de Manizales y sus alrededores estudiada por José Luis Naranjo y
Carlos Borrero de la Universidad de Caldas, un esquema de los rasgos estructurales de la región
señala las fallas o lineamientos inferidos, cuya verificación en varios casos se ha venido haciendo por
investigadores del Observatorio Vulcanológico y Sismológico del Ingeominas, establecido en
Manizales desde 1985.
Y respecto a la Vulnerabilidad, como desafíos de importancia se puede añadir que, aunque conocemos
las fuentes sísmicas, para abordar la gestión integral del riesgo a nivel del Eje Cafetero, además del
estudio y valoración espacio temporal de la amenaza, está de por medio el conocimiento y desarrollo
de instrumentos para la gestión participativa del hábitat y manejo de la dimensión socioambiental,
para no dejar el asunto sólo en la dimensión técnica de carácter reduccionista.
Ver: Doble terremoto en Turquía y Siria. De la amenaza climática a la gestión del riesgo.
…
30
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ima 09- Evolución geológica del Magdalena desde el Mesozoico (250 m.a) hasta el presente.
Fuente: Colciencias, 2005.
En lo urbano, ésta compleja dimensión pasa por la presión de las frágiles laderas del escarpado
territorio, en especial en los ambientes periurbanos de Manizales, y por el control urbano sobre todo
en las zonas deprimidas de los centros urbanos de las áreas metropolitanas en rápida expansión,
caso Pereira-Dosquebradas, donde las múltiples actividades comerciales mixtas e informalidad,
sumada a la alteración estructural de los viejos inmuebles de mampostería no reforzada y de
bahareque para su adecuación y expansión, recurriendo a prácticas inadecuadas, hacen del escenario
un cúmulo de potenciales escombros, ya por la amenaza de las sacudidas en suelos con amplificación
sísmica, ya por la de la propagación de los incendios.
En los medios rurales, donde la deforestación y potrerización relacionadas con usos conflictivos del
suelo, afectan severamente el territorio exponiéndolo a la creciente amenaza del cambio climático, y
con él a las comunidades asentadas en condición vulnerable, además de las vías de comunicación,
líneas vitales e infraestructura de conectividad, como elementos expuestos a la ocurrencia de flujos
torrenciales causados por deslizamientos en caso de sismo.
Ima 10- Variación espacial de las formaciones superficiales y espesor de suelos en Manizales, y
espectros de diseño en función de los suelos de la ciudad, según sean ellos suelo blando (verde),
semi-blando (amarillo) o duro (café). CIMOC (2002)
Y finalmente, sobre los actores en la escena: Además de los aportes fundamentales del Geofísico
Jesús Emilio Ramírez S.J., con investigaciones como el Proyecto Nariño (1973) y la Historia de los
terremotos en Colombia (1969), de la permanente labor por décadas de monitoreo a cargo del OVS
de Manizales, y de los estudios a nivel regional de Hans Meyer y su equipo de trabajo desde el
Observatorio Sismológico del Sur Occidente Colombiano OSSO, en el Eje Cafetero también merecen
mención los siguientes trabajos, entre otros:
– Desde la U.N. en Manizales los del Idea liderados por el Profesor Omar Darío Cardona, donde
además de actividades fundamentales como la Microzonificación Sísmica de Manizales (SIMOC 2002),
se avanza con el concurso de los profesores de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura en la
instrumentación y el estudio detallado de la amenaza para Manizales; y desde la Sede Bogotá el
valioso aporte de Carlos A. Vargas con la propuesta de Caldas Tear (2011), donde se modifican el
modelo geotectónico y la amenaza sísmica en el centro del país.
– También en Pereira, los trabajos de Anna Campos y sus compañeros y colaboradores haciendo lo
propio en el 2000, para obtener un mapa preliminar de riesgos del área urbana y otras investigaciones
para valorar los efectos de sitio en el A.M. de Pereira; y finalmente en Armenia, la labor continuada
y reconocida de los Profesores de la Universidad del Quindío: Hugo Monsalve quien maneja el
Observatorio Sismológico del Eje Cafetero, y Armando Espinosa quien ha estudiado en detalle la
historia sísmica regional.
32
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ver: Anotaciones sobre el riesgo sísmico en Manizales. La amenaza volcánica de Cerro Bravo.
…
Documento del Museo Interactivo Samoga de la Universidad Nacional de Colombia; Manizales, abril
25 de 2016. Act. 2023.
ENLACES U.N.:
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 2
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y
VOLUMÉTRICAS DEL SUELO
Introducción
En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase sólida
son las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida 2); la líquida por el agua
(libre), aunque en el suelo pueden existir otros líquidos de menor significación; la fase gaseosa
comprende sobre todo el aire, pero pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos,
anhídrido carbónico, etc.).
Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (V v), mientras
que la fase solida constituye el volumen de sólidos (Vs).
Las relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la Mecánica de Suelos para
determinar la masa de un suelo, la magnitud de los esfuerzos aplicados al suelo por un cimiento y
los empujes sobre estructuras de contención.
La relación entre las fases, la granulometría y los límites de Atterberg se utilizan para clasificar los
suelos, permitiendo, además estimar su comportamiento.
2
Agua adsorbida: La que se encuentra en una masa de suelo o roca, íntimamente ligada a las partículas sólidas por efecto de las fuerzas
electro-químicas, y cuyas propiedades pueden diferir de las propiedades del agua en los poros a la misma presión y temperatura, debido a
la alteración de la distribución molecular. El agua adsorbida no puede ser removida por calentamiento a 110°C. (Geotecnia, diccionario
básico, Fabián Hoyos Patiño. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Medellín, 2001).
34
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Modelar el suelo es colocar fronteras que no existen. El suelo es un modelo discreto, y eso entra en
la modelación con dos parámetros, e y (relación de vacíos y porosidad), y con la relación de fases.
El agua adherida a la superficie de las partículas o “agua adsorbida” se considera como de la fase
sólida. En la fase líquida se considera el agua libre
que se puede extraer por calentamiento a
VA
temperatura de 105 °C cuando, después de 18 o 24 A WA
horas, el peso del suelo no disminuye más y VV
permanece constante. VW W WW
VT WT
(1) Fases, volúmenes y pesos
VS S WS
En el modelo de fases, se separan volúmenes (V) y
pesos (W) así: Volumen total (VT), volumen de
vacíos (VV), que corresponde al espacio no ocupado Volúmenes Pesos
por los sólidos; volumen de sólidos (VS), volumen de
aire (VA) y volumen de agua (VW). Luego Figura 2.2 Esquema de una muestra de suelo, para la
indicación de los símbolos usados: V volumen y W peso
VT = VV + V S (2.1)
VV = VA + VW (2.2)
En los pesos (que son diferentes a las masas), el peso del aire se desprecia, por lo que W A = 0. El
peso total del espécimen o de la muestra (W T) es igual a la suma del peso de los sólidos (W S) más
el peso del agua (WW); esto es
WT = WS + WW (2.3)
Porosidad .
Es una relación, expresada como un porcentaje, entre: a) el volumen de espacios vacíos de un suelo,
y b) el volumen total de la muestra. O sea es la probabilidad de encontrar vacíos en el volumen total.
Por eso 0 < < 100% (se expresa en %). En un sólido perfecto = 0; en el suelo 0 y
100%.
VV
= *100 (%) (2.4)
VT
35
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
VV
e= (2.5)
VS
El término compacidad se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo dejando
más o menos vacíos entre ellas. En suelos compactos, las partículas sólidas que lo constituyen tienen
un alto grado de acomodo y la capacidad de deformación bajo la aplicación de cargas será pequeña.
En suelos poco compactos el volumen de vacíos y la capacidad de deformación serán mayores. Una
base de comparación para tener la idea de la compacidad alcanzada por una estructura simple se
tiene estudiando la disposición de un conjunto de esferas iguales. En la figura 2.3 se presenta una
sección de los estados más suelto y más compacto posible de tal conjunto. Pero estos arreglos y los
cálculos matemáticos son teóricos.
Los parámetros adicionales y e (siempre < e), se relacionan así: como Vv/Vs es la relación de
vacíos, entonces:
VV
VV VV VT η e
= = e= (2.6) η= (2.7)
VS VT − VV 1 − VV 1- η 1+ e
VT
Con la práctica, para suelos granulares, los valores típicos son:
36
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Es la medida de la compactación −e
e
de un suelo dada por la relación D = max
(2.8)
porcentual entre: a) la diferencia
de la relación de vacíos de un
γ γ γ
d T sat
R
e −e
(2.11) max min
Generalmente, los suelos cohesivos tienen mayor proporción de vacíos que los granulares.
Contenido de humedad:
WW
Es la cantidad relativa de agua que se encuentra
en un suelo respecto a la masa de sólidos o al
= *100 (en %) (2.10)
volumen del suelo analizado. Se expresa en
W S
porcentaje (%), y es la relación entre el peso del
agua del espécimen, y el peso de los sólidos. El problema es ¿cuál es el peso del agua? Para tal
efecto se debe señalar que existen varias formas de agua en el suelo. Unas requieren más
temperatura y tiempo de secado que otras, para ser eliminada. En consecuencia, el concepto “suelo
seco” también es arbitrario, como lo es el agua que se pesa en el suelo de la muestra. El suelo seco
es el que se ha secado al horno, a temperatura de 105°C – 110°C, durante 18 o 24 horas, hasta
lograr un peso constante.
El valor teórico del contenido de humedad varía entre: 0 → . En la práctica, las humedades
varían de 0 (cero) hasta valores del 100%, e incluso de 500% ó 600%, en suelos del valle de
México.
NOTA: En compactación se habla de humedad () óptima, la humedad de mayor rendimiento, con
la cual la densidad del terreno alcanza a ser máxima. En la Figura 14.1, puede observar dos
curvas de compactación para un mismo material, dependiendo el valor de la humedad óptima
de la energía de compactación utilizada para densificar el suelo.
37
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Relaciones Gravimétricas. Una masa de 1 Kg pesa distinto en la luna que en la tierra. El peso
es fuerza, la masa no. La densidad relaciona masa y volumen, el peso unitario relaciona peso y
volumen y la presión, fuerza y área.
El valor de la gravedad en la tierra es g = 9,81 m/sg2 = 32,2 ft/seg2
El peso unitario del agua es 62,5 lb/ft3 = 9,81 KN/m3 = 1 gr/cm3 (si g = 1)
En presión 1 lb/ft2 = 47,85 N/m2 = 47,85 Pa.
1 lb/m2 = 6,90 KPa y 1 ft de agua 2,99 KPa
0 = 9,81 KN/m3 1,00 Ton/m3 = 62,4 lb/ft3 = 1,0 gr/cc (para g = 1m/seg2). Este es el resultado
de multiplicar la densidad del agua por la gravedad, dado que densidad es masa sobre volumen y
que peso es el producto de la masa por la gravedad.
Volúmen Peso
Peso unitario del suelo.
Aire (A) WA
Es el producto de su densidad por la gravedad. El valor depende, Vv
entre otros, del contenido de agua del suelo. Este puede variar desde Agua (W) WW
el estado seco d (fórmula 2.11) hasta el saturado sat (fórmula
2.14), y el estadio intermedio supone valores de S (grado de
saturación) entre 0 y 1,0, dependiendo del mayor o menor contenido VS Sólidos (S) WS
de humedad del suelo. Queda establecido entonces que el concepto
difiere del de densidad y también que:
WS WSat WW WT
d = (2.11) y sat = (2.12); W = (2.13) T = (2.14)
VT VT VW VT
Se presentan algunos valores del peso unitario seco de los suelos de interés, dado que no están
afectados por el peso del agua contenida, sino por su estado relativo de compacidad, el que se
puede valorar con la porosidad.
d
Descripción
% g/cm3
Arena limpia y uniforme 29 – 50 1,33 – 1,89
Arena limosa 23 – 47 1,39 – 2,03
Arena micácea 29 – 55 1,22 – 1,92
Limo INORGÁNICO 29 – 52 1,28 – 1,89
Arena limosa y grava 12 – 46 1,42 – 2,34
Arena fina a gruesa 17 – 49 1,36 – 2,21
Tabla 2.1 Valores de y d para suelos granulares (MS Lambe).
38
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
En el suelo el peso de los sólidos (WS) es prácticamente constante, no así el peso del agua (WW) ni
el peso total (WT). Además se asume que, siendo la gravedad específica (GS) un invariante, no se
trabaja nunca con s sino con su equivalente, que equivale a Gs .
Los suelos bien compactados presentan pesos unitarios (d) entre 2,20 y 2,30 g/cm3, para gravas
bien gradadas y gravas limosas. En la zona de Caldas, las cenizas volcánicas presentan pesos
unitarios húmedos (T) entre 1,30 y 1,70 gr/cm³.
Esto supone considerar el suelo saturado y sumergido. Al sumergirse, según Arquímedes, el suelo
experimenta un empuje hacia arriba, igual al peso del agua desalojada.
Wsat − WW WSAT − VT * W
´= = = SAT − W
VT VT
Entonces:
´= SAT − W (2.15)
Es la situación de la masa de suelo bajo el nivel de agua freática (NAF) del terreno.
Gravedad específica.
La gravedad específica es la relación del peso unitario de un cuerpo referida a la densidad del agua
en condiciones de laboratorio y por lo tanto a su peso unitario γ 0 . Se puede considerar para este
parámetro, la muestra total (GT) pero el valor no tiene ninguna utilidad, la fase sólida (GS) que es de
vital importancia por describir el suelo y la fase líquida (G W), que se asume igual a 1,00, por ser la
W la misma del agua en condiciones de laboratorio. En cualquier caso, el valor de referencia es 0,
pero 0 W. En geotecnia sólo interesa la gravedad específica de la fase sólida del suelo, dada por
GS = s / W pero referida al peso unitario de la fase líquida del suelo W , para efectos prácticos.
Los valores típicos de la gravedad específica, están asociados a los valores de los minerales
constituyentes de la fase sólida del suelo, son: Gravas 2.65 a 2.68; Arenas 2.65 a 2.68; Limos 2.66
a 2.70 y arcillas 2.68 a 2.80. En general los suelos presentan valores de GS comprendidos entre 2,5
y 3,1 (adimensional).
T
GT = ; G S = d ; GW = W (2.16)
W W 0
Una relación básica que permite vincular , S, e y GS es:
39
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
WW VW W S WS 1
= (G S = = )
W S VS W G S W VS 0
WW VW VV 1 VV
= (Suprimo W e introduzco )
W S VV V S G S VV
S e
=
GS
GS = S e (2.17)
Otra relación fundamental surge de:
W
W S 1 + W
T =
WT W S + WW
= = W S = G S (1 + ) (2.18)
VT V S + VV VV
T
(1 + e ) W
V S 1 +
VS
GS + S e
T = W (2.19)
1 + e
GS + S e G + e
SAT = S
T = W W (2.20)
1 + e Si S = 1 1+ e
(saturado)
Si S = 0
G
d = S W (2.21)
1 + e
((seco)
40
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
T = d (1 + )
WT WS + WW WS WW
T = = = 1+
VT VT VT WS (2.22)
y de la suma de volúmenes:
W 1
VT − V A = V S + VW ; pero : G S = S = S entoces , al transformar volúmen es en pesos se tiene :
W VS W
V WS W WS WW
VT 1 − A = + W = 1 + luego, al dividir peso por volúme n para obtener d
VT G S W W GS W WS
VA
G S 1 −
VT
d = G S (1 − n) W
WS
= W
VT WW (2.23)
1 + G S
W S
WW
(Recuérdese que = , Ws = Gss * Vs * W ) Además el Volumen total, V T = e + 1
WS
Después de asumir el volumen de sólidos y de vacíos, se procede a calcular los pesos de los
sólidos (S), del agua (W) y total.
WS = GS * W , WW = * GS * W
WT WS + WW GS * W + * GS * W
T = = =
VT VS + VW 1+ e
GS * W (1 + )
=
(1 + e)
41
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Calculados los volúmenes, se procede a obtener los pesos del suelo, apoyado en la expresión
S ; luego se calcula el peso del agua (WW), para determinar la humedad ().
Volúmen Peso
WT W S + WW
T = =
VT VT
1 − ) * G S * W + * (1 − ) * G S * W
=
1
T = G S W (1 − ) (1 + ) (2.24)
NOTA: En los diagramas unitarios existen 3 posibilidades: VS, VT y WS = 1; con la tercera se obtienen
resultados en función de la relación de vacíos como los del caso a). Además, se puede hacer cálculos,
igualmente fáciles con diagramas unitarios en dos fases, para suelo seco o para suelo saturado.
42
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
EJERCICIOS.
43
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ejercicio 2,1.
A partir de los diaramas unitrarios de dos fases, obtener la relación sat en función de S, e,
w, y otrra relación para obtener d.
NOTA: Para resolver un problema de fases, se hace el esquema de los diagramas unitarios, haciendo VT o VS = 1,
o en su defecto WS = 1. Además, siempre se requieren 3 parámetros conocidos adicionales, uno por cada fase.
De la relación S e = Gs
e W W = e 0
En suelos saturados S=1 y se despeja
1 S Ws = Gs Vs 0
e
=
Gs
El peso del agua e
W = G s Vs 0
Gs
El peso del agua se obtiene al simplificar G s y hacer Vs =1. Al hacer arreglos y factorizar se
tiene
0 (Gs + e)
sat =
1+ e
El peso unitario seco d
En suelos secos el peso del agua es cero y en la e W W = 0
hipótesis del problema Vs =1
Ws = Gs Vs 0
1
Gs 0 S
d =
1+ e
Ejercicio 2.2
Una muestra de suelo en estado natural, pesa 62,1 gr, y seca al horno pesa 49,8 gr.
Determinado el peso unitario seco y la gravedad específica correspondientes, se obtienen los
valores d= 1,39 gr/cm3 y Gs = 2,68. Hallar e y S para el estado natural.
Solución
62,1 − 49,8
= = 0, 247 = 24,7%
49,8
GS 1,00 2,68
e= W
−1 = − 1 = 0.93
d 1,39
GS 0, 247 * 2,68
S = (2.17) = = 0,71 = 71%
e 0,93
44
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ejercicio 2.3
Un suelo en estado natural tiene, e = 0,80; = 24%; GS = 2,68. ¿Cuáles son las magnitudes del
peso unitario natural, del peso unitario seco y del grado de saturación? Realizar los cálculos en el
sistema internacional. ( = 9,81 m/seg²)
GS 2,68 9,81
w
d = (2.22) = = 14,61 KN
(1 + e ) (1 + 0,8) m3
GS 0, 24 2,68
S = (2.17) = = 0,804 = 80, 4%
e 0,8
WT WS + WW GS * W + e * W
SAT = = = (utilizando diagrama sección 2.4.a, con VS = 1)
VT VT 1+ e
SAT =
9,81 2,68 + 0,80 = 18,97 KN
1 + 0,8 m3
Ejercicio 2.4
Calcular el contenido de humedad natural ) y el SAT de una muestra saturada de suelo, cuyo
diámetro es 3,80 cm y la altura h es 7,80 cm. El peso de la muestra es 142 gr, y seca es de 86
gr. ( = 9,81 m/seg²)
56
= = 0,651 = 65.1%
86
1
Volumen del cilindro VT = 3,8 2 7,8 10 −6 = 0,0008846 m 3
4
45
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
WSAT
SAT = = 15,75 KN m3
VT
S *e (1 + )
T = y S = 1 (saturado)
W
(1 + e)
T e 1 + 1 1 15,75 1 1
= * = 1 + * = 1 + *
W 1 + e 1e + 1 9,81 0,651 1e + 1
e 1,72
e = 1,72 = = = 0,63
(1 + e) (1 + 1,72 )
e 1,72
GS = : (Saturado) GS = = 2,65
0,651
Ejercicio 2.5
WS = 1
WW Volúmenes Pesos
= WS = 1 WW =
WS
V =
AGUA (W)
S WS 1
GS = = VS =
W VS * W GS * W Vs =
1
Gs SOLIDO (S) Ws =1
WW
VW = VW =
W W
46
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Luego : =
W sat
=
(1 + ) entonces
Sat VT 1
+
W G
S W
1+
Sat = G S * W = Sat
1 + * GS
además :
1+ (G S − 1)
' = T − W = GS * W − W =
1 + * GS (1 + G S ) W
GS = 2,65
W = 1 gr/cm3
47
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S WS WS 87 3
GS = = VS = = = 32,83cm
W VS * S GS * S 2,65 * 1
3
VV = VT − VS = 72 − 32,83 = 39,16cm
V 39,16
e= V = = 1,19 (relación de vacíos)
VS 32,83
W 105 − 87
= W = = 0, 207 = 20,7% (contenido de humedad)
WS 87
S WS 1
GS = = * WS = GS * W
W VS W
W
= W WW = * WS
WS
WT GS * W + * GS * W G S * W (1 + ) 2,65 * 1 * (1 + 0, 207)
T = = = =
VT 1+ e 1+ e 1 + 1,19
gr G S * W (1 + )
T = 1, 46 (Peso unitario total) T =
cm3 (1 + e )
GS * W
En I si = 0 T = d =
1+ e
2, 65 * 1 gr
d = = 1, 21 (Peso unitario seco)
(1 + 1,19) cm3
48
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WW * G S * W * GS 0, 207 * 2,65
S = = = = 0, 461 = 46,1% (Saturado)
W * e * WS e 1,19
Cuando S = 1 = e/GS
G S * W 1 + e
W (G S + e )
SAT =
GS =
(1 + e ) (1 + e )
2,65 + 1,19 gr
SAT = = 1,75
(1 + 1,19) cm3
gr
' = SAT − W = 1,75 − 1 = 0,75
cm3
GS * W 2,68 * 62,4
d = = = 92,91 lb 3
(1 + e) (1 + 0,8) ft
(G + e) 62,4(1 + 0,24)
SAT = W S = = 120,64 lb 3
(1 + e) (1 + 0,8) ft
(6) Se hizo la extracción de una muestra de un suelo arcilloso, en un perfil de un suelo conformado
por un limo de 4,50 m de espesor y una arcilla de 5,50 m de espesor. La muestra de limo para
49
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Hlimo 4,50 m
HArcilla WT − Ws
5,50 m = 100 (%)
Ws
Limo 30,67 % e 0,95
D m2 *
T
3 3
hm 7,10 cm VT 51,87 cm 1,89 gr/cm VT = hm (cm 3 )
4
Dm 3,05 cm T 1,89 gr/cm 3 sat 1,93 gr/cm 3 W
T = T (gr/cm 3 )
cm
3 VT
WT 98,00 gr VS 26,60
3 WS
WS 75,00 gr Vv 25,28 cm Vs = (cm 3 )
Gs 0
Gs 2,82
V
Arcilla 18,06 % e 0,91 e = v
V s
T
3 3
G (1 + )
hm 7,10 cm VT 51,87 cm 1,64 gr/cm
T = s 0 (gr/cm3 )
Dm 3,05 cm T 1,64 gr/cm 3 sat 1,86 gr/cm 3 (1 + e)
WT 85,00 gr VS 27,17 cm 3 (Gs + e) 0
sat = (gr/cm3 )
WS 72,00 gr Vv 24,70 cm
3 (1 + e)
Gs 2,65
Presiones sobre el punto A VA = Z NAF TL + (H limo − Z NAF ) satL + H arcilla satarc (Ton/m 2 )
VA
2
Ton/m
Hlimo 4,50 m 18,86 U A = ( H Limo − Z NAF + H arcilla)
HArcilla 5,50 m UA 8,00 Ton/m 2
A = VA − U A
ZNAF 2,00 m ´VA 10,86 Ton/m 2
Problemas propuestos.
1. El peso unitario de un suelo es 1,62 gr/cm 3, y la gravedad específica de los sólidos que lo
conforman es 2,65. Determinar si el suelo está seco.
2. En una muestra saturada tiene una humedad de 11% y la gravedad específica de los
sólidos es Gs = 2,65. Se solicita calcular e, T, sat y d.
50
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4. Un suelo seco tiene una relación de vacíos de 0,65 y la gravedad específica de los sólidos
es 2,80. Hallar el peso unitario seco, el peso unitario saturado y el peso unitario
sumergido.
5. A la muestra del problema anterior, se le agrega agua hasta lograr 60% de saturación, sin
que varíe la relación de vacíos. Hallar la humedad de la muestra () y el peso unitario total
(T)
6. Una muestra de suelo tiene un peso unitario de 1,90 gr/cm3, la gravedad específica de los
sólidos es 2,69 y la humedad = 28%. Hallar e, n, S, sat, d.
7. Una muestra de suelo seco tiene e = 0,80 y Gs = 2,80. hallar T, sat y d.
8. A la muestra del problema anterior, se le agrega agua hasta lograr S= 55%, sin que varíe
la relación de vacíos. Hallar y T.
******
51
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SUCS SM MH MH-ML-SM-SP
52
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Fuente: Francisco José Cruz Prada. Relaciones Lluvias Deslizamientos en la Ciudad de Manizales.
Revista SCIA 48 años. Manizales 2004.
***
Fuentes de Complemento:
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RESUMEN: Esta nota se ocupa de dos amenazas naturales de gran impacto que acechan en la región:
los Huracanes y los Sismos. Primero, porque los fenómenos ciclónicos del Atlántico que dejan
destrucción a su paso por el Caribe, también pueden impactar sobre el Archipiélago de San Andrés y
Providencia, y generar lluvias intensas y fenómenos colaterales en el norte de Colombia. Y segundo,
porque además de la amenaza por maremotos asociados a sismos originados en el fondo oceánico
del entorno vecino, también nuestras fuentes sísmicas continentales pueden afectar los centros
urbanos del país ubicados en zonas de riesgo sísmico alto y moderado.
Tras los desastres recientes en México, en el Caribe y en Estados Unidos es imperioso volver sobre
las amenazas que afectan a Colombia y sobre las medidas que debemos adoptar para hacer
frente a estos riesgos** Súmese a esto, el caso: Huracán Iota: tifón que abate a San Andrés.
Tanto los planificadores urbanos como las autoridades colombianas deben reflexionar con urgencia
sobre las dos amenazas ambientales que –también para nosotros- representan los huracanes y los
grandes terremotos.
La primera de estas amenazas, dado lo ocurrido con Irma, un huracán de categoría 5 que azotó el
norte del Caribe y el sur de Estados Unidos entre el 30 de agosto y el 12 de septiembre pasados, con
brazos de hasta 300 kilómetros de diámetro, y vientos máximos de 302 km/h, calificado como el más
poderoso que ha sido registrado en el Atlántico. Irma cobró 37 vidas en el Caribe y 14 en Estados
Unidos. La segunda amenaza, dado el sismo de magnitud 8,2 en la escala de Richter que sacudió
México el viernes 8 de septiembre y al cual se sumaron cientos de réplicas debido al carácter
superficial de este fenómeno telúrico, el cual cobró 98 vidas y afectó principalmente los estados de
Oaxaca, Chiapas y Tabasco.
54
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El estudio de los terremotos en áreas sismo-tectónicamente activas, que son vecinas a grandes urbes,
y de las tormentas ciclónicas que surgen en los mares para llevar caos y destrucción a las ciudades
costeras, es tan antiguo como la humanidad misma, aunque en principio contaron con una explicación
mítica relacionada con la ira de los dioses. Según la mitología griega, Tifón hijo de Gea, quien intentó
destruir a Zeus en venganza por haber derrotado a los Titanes, además de erupcionar lava, creó los
huracanes y los terremotos con el batir de sus enormes alas. Para los griegos -quienes fueron los
primeros en dar una explicación natural a los terremotos-, dichos estremecimientos ocurrían cuando
Poseidón, el dios de los mares, hacía tambalear a Atlas, quien recibió como castigo de Zeus sostener
al mundo en sus hombros.
La ocurrencia de eventos climáticos extremos como los que ya se advierten a nivel global, es resultado
del calentamiento del planeta, calentamiento que en los próximos cincuenta años aumentará la
temperatura entre 1,5°C y 2,5°C según las características de las distintas regiones de la Tierra. Este
calentamiento traerá desastres mayores: tormentas ciclónicas de mayor intensidad, lluvias inusuales,
sequías severas, inundaciones, deslizamientos, incendios forestales, y degradación ambiental:
pérdida de ecosistemas terrestres, elevación del nivel del mar y desaparición de los glaciares.
La intensidad de una tormenta ciclónica depende de la velocidad de sus vientos. Sus daños pueden
variar de conformidad con la escala Saffir-Simpson -que califica el poder destructivo de los huracanes
desde 1 a 5 cuando éste toca tierra-. Cuando la categoría es 1, hay inundaciones en zonas costeras
y daños menores en zonas urbanas por vientos entre 119 y 153 kilómetros por hora y olas que
pueden
llegar a 1,5 metros de altura. Cuando la categoría es 5, hay destrucción masiva de viviendas e
infraestructuras con vientos sostenidos por encima de 250 kilómetros por hora, o por olas que pueden
superar los 6 metros de altura.
Adicionalmente, durante las últimas décadas hemos presenciado desastres sísmicos mayores que han
afectado a países en desarrollo. Esto no se debe a que en el mundo se estén presentando más
terremotos, sino al acelerado crecimiento de la población residente en zonas sísmicas, de manera
que la magnitud de los daños ha venido en aumento.
Ejemplo de lo anterior son las urbes latinoamericanas de los Andes, Centro América y en el Caribe,
aquellas de la línea Alpes-Himalaya, y algunas ubicadas en el Pacífico asiático; este margen oceánico
y las costas occidentales de las américas conforman el “Cinturón de Fuego del Pacífico”, caracterizado
por su intensa actividad sísmica y volcánica.
55
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Países tan lejanos entre sí como Irán, Chile, Japón y Nueva Zelanda son particularmente vulnerables
a esta actividad sísmica. Asimismo, la lista de grandes ciudades azotadas por la pobreza incluye a
Estambul en Turquía, Karachi en Pakistán, Teherán en Irán, Katmandú en Nepal y Lima en Perú.
No obstante, no podemos descartar a Bogotá como posible escenario a pesar de encontrase en una
zona de amenaza sísmica intermedia, ya que podría sufrir el embate de movimientos tectónicos
superficiales de mediana magnitud, partiendo de fuentes símicas vecinas relacionadas con pequeñas
fallas locales, e incluso de grandes eventos no muy lejanos provenientes de mega-fallas activas como
las del frente llanero o la Falla Salinas.
Refugiados y víctimas
Entre 2003 y 2013, se registró una media de 388 desastres naturales al año que afectaron a 216
millones de personas y cobraron 106.654 vidas. Según el Consejo Noruego para los Refugiados,
mientras las pérdidas económicas por los desastres naturales de los últimos 30 años tuvieron un valor
medio anual de 130 mil millones de dólares, la posibilidad de tener desplazados ha aumentado en un
60 por ciento en cuarenta años.
Según el informe “Estado de la población mundial 2015, un refugio en la tormenta“, en los últimos
20 años los damnificados por desastres naturales sumaron en promedio cerca de 200 millones por
año, cifra que triplica los 65 millones anuales de víctimas de epidemias, adversidades tecnológicas y
conflictos armados a nivel global.
A pesar de que la mayoría de los desplazamientos por desastres de origen sísmico y climático son
internos y en ocasiones pueden cruzar fronteras, no existen instituciones que puedan mitigar su
sufrimiento.
Tras la erupción del Ruiz y la desaparición de Armero en 1985, el Gobierno instauró el Sistema
Nacional para la Prevención y Atención de Desastres (SNPAD) que institucionaliza la gestión del
riesgo, ya que esa falencia gravitó como causa fundamental del desastre.
56
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Inicialmente se diseñó una dependencia del Ministerio de Gobierno para atender las fases de
emergencias, luego a raíz del terremoto del Eje Cafetero de 1999 se implementó la fase de
reconstrucción, y finalmente tras las Niñas 2007/8 y 2010/11, el SNPAD pasó a un plano de mayor
desarrollo organizacional al ocuparse también de la prevención y mitigación de los desastres, al
tiempo que se creó el Fondo Nacional de Calamidades.
La gestión del riesgo para enfrentar los huracanes tiene un manejo distinto del de los terremotos,
puesto que estos eventos tectónicos se presentan de forma súbita. Los huracanes son fenómenos
climáticos donde intervienen gran número de variables de comportamiento aleatorio como vientos,
temperatura y humedad, y que igualmente se aborda con pronósticos.
En Colombia el desafío está en estudiar de forma integral la amenaza climática, a pesar de que dicha
tarea está a cargo del IDEAM y de que las sequías son poco frecuentes y los ciclones tienen incidencia
marginal. La Oficina de Pronósticos y Alertas suele elaborar los avisos y boletines ambientales sobre
huracanes para advertir sobre la posibilidad de lluvias intensas y marejadas con sus peligros
colaterales. Si bien lo anterior procede para el archipiélago de San Andrés y Providencia por ser
nuestro lugar más comprometido en virtud de su latitud, para el caso de la Guajira la ocurrencia de
las tormentas significa el advenimiento de lluvias esperadas para calmar la sed de la tierra.
Para los terremotos los factores principales del riesgo son: la influencia de las fuentes sísmicas y la
caracterización de las provincias sismo-tectónicamente homogéneas. Allí deben considerase la
frecuencia, naturaleza y magnitud de los eventos, además de la vulnerabilidad física de las
construcciones, asentamientos humanos expuestos en cada contexto, y variaciones en la respuesta
dinámica del terreno, ya que los suelos blandos al igual que el relieve agravan la intensidad local del
desastre.
En Colombia, además del mapa de sismicidad elaborado por la Red Sismológica Nacional se ha
expedido la norma sísmica NSR-10 sobre diseño y construcción sismo resistente, instrumento que
para el efecto aplica un período de retorno de 475 años.
***
***
El clima en Colombia
Las zonas climáticas de la Tierra, como factor que determina el paisaje, la vegetación y la vida animal,
tienen un profundo efecto sobre la cultura. El clima, o modelo meteorológico a largo plazo de una
región, depende de varios factores: la latitud, que determina lo caliente o fría de una zona, como la
extensión e influencia de sus estaciones; las características de las masas de aire predominantes sean
calientes o frías y húmedas o secas, y los factores físicos tales como la distribución relativa de la
tierra, el mar, las montañas, los valles, los bosques y los glaciares.
57
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen. Colombia: Mapas de Tipos climáticos según Köppen (Wikipedia.org), Precipitaciones (Gu-
maps-Colombia.com) y Temperaturas (Hispanopress.blogspot.com)
En Colombia, aunque gracias a la presencia de las cordilleras se tiene todos los climas, en su zona
andina predomina el clima de montaña tropical, mientras que en los valles interandinos el clima
dominante es el de selva tropical ecuatorial. Dicha región, muestra temperaturas medias que varían
entre 28° en los ambientes cálidos y húmedos de las zonas bajas, hasta 0° C bajo cero en las cumbres
nevadas.
Mientras que, en la región andina de Colombia, el clima es bimodal: cada año tenemos dos
temporadas secas que parten desde los equinoccios y dos húmedas a partir de los solsticios; en los
Llanos Orientales, salvo en la Serranía de La Macarena, el clima es intertropical lluvioso de sabana,
con una estación de lluvias muy marcada y otra de sequía.
En tanto, si al Sur se pasa del clima de sabana al Clima húmedo y lluvioso, para continuar con el de
selva súper húmeda en La Amazonía, donde el clima húmedo y cálido, presenta lluvias abundantes
durante todo el año; la Región Pacífica prevalece un clima cálido y un régimen pluviométrico intenso,
y en la Región del Caribe colombiano predomina un clima cálido donde alternan épocas de sequía y
lluvias continuas, pero con una marcada influencia de los vientos alisios del Nor-Este en la zona más
Norte; y en la región insular del Caribe, el Archipiélago muestra un clima cálido semi-húmedo, con
lluvias que se concentra entre octubre y noviembre, al estar influenciado por los alisios del Nor-Este.
El fenómeno climático
El cambio climático, es la teoría que predice el crecimiento futuro de las temperaturas a nivel global
durante las próximas décadas, a partir del incremento en el valor medio de la temperatura observado
en la atmósfera terrestre y en los océanos. Aunque el clima del planeta siempre ha variado, el
problema del cambio climático es que el ritmo de estas variaciones se ha acelerado durante las
últimas décadas, de manera anómala. El clima en la tierra ha presentado alteraciones por causas
antrópicas y naturales. La cantidad y patrón de calentamiento global que se ha observado, no puede
explicarse únicamente mediante factores naturales.
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Las Causas
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Pero también, el actual calentamiento que ha surgido desde la Revolución Industrial, se puede
observar a principios del siglo XX y en los últimos 50 años: basta mirar nuestros glaciares en
retroceso, cuya superficie en el PNN de los Nevados ha pasado de 27 a 12 Km cuadrados de extensión
entre 1970 y 2020. Para 2 °C de calentamiento, la fracción de precipitaciones extremas atribuibles a
la influencia humana se eleva a cerca del 40 %”. Nature Climate Change (2015), dice que “un 18%
de las precipitaciones diarias moderadamente extremas en tierra, son atribuibles al aumento de la
temperatura observado desde la época preindustrial, resultado principalmente de la influencia
humana; y según The New York Times (2015) “en la actualidad alrededor del 75 % de las
precipitaciones diarias moderadamente extremas en tierra son atribuibles al calentamiento”.
El factor antropogénico.
Imagen: Izq. Pérdida de energía de la energía radiante, en: fvsa.org.ar. Der. Variación del nivel del
mar entre 2000 y 2100. Fuente: IPCC
El efecto invernadero es causado por gases que se encuentran en la atmósfera. Estos gases que
permiten la vida en la Tierra atrapan parte del calor del Sol que se refleja por el planeta.
El calor atrapado por la atmósfera de la Tierra mantiene la temperatura media global en +15º Celsius;
si se incrementa ese valor hasta 18ºC, se causarían fenómenos nocivos. En amarillo se muestra el
efecto de la atmósfera sobre la luz solar incidente; y en rojo, el efecto causado sobre la radiación
infrarrojo ya reflejada. El incremento promedio de la temperatura media podría afectar más al
hemisferio norte, que al del sur. En promedio, el calentamiento es mayor sobre los continentes que
sobre los mares. En Sudamérica, el calentamiento parece tener menor intensidad sobre el Cono Sur
(1º a 2ºC).
En Colombia las zonas de relieve montañoso como la Región Andina que es la más habitada se
calentarían entre 2º a 3ºC, y las planicies y praderas de las regiones no montañosas, como la Costa
norte, y en especial la Orinoquía y la Amazonía, se calentarán de 3º a 4ºC. Aún más, según el IDEAM,
para el periodo 2071 – 2100, se espera que la precipitación media en el país disminuya entre 10 a
30% en cerca del 27% del territorio nacional (Regiones del oriente y del Caribe), y que se incremente
entre 10 a 30% en cerca del 14% del territorio nacional (Regiones montañosas como la Andina y
Sierra Nevada). Varios expertos en temas climáticos lanzaron alertas señalando que el acuerdo de la
cumbre COP 21, es inconsistente con el objetivo de evitar que la temperatura del planeta no supere
los 1, 5º C. Para lograrlo, la economía mundial debería estar descarbonizada en 2050 y las emisiones
deberían disminuir al menos un 70 % en 2050, respecto a los niveles de 2010.
El ENSO
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Deforestación
A mediados de 2015, la población mundial alcanzó los 7.300 millones de personas. Aunque 1.600
millones de seres humanos en los países más pobres sobreviven por los alimentos, materiales, agua,
medicinas, fibras o leña que les provee, también con la deforestación los árboles están
desapareciendo de la superficie de la tierra: cerca del 46% de los bosques del mundo, se ha arrasado
por el Homo sapiens. Según la Universidad de Yale, aunque tenemos un per cápita global de 422
árboles, a través de la explotación forestal y de actividades como la agricultura, la ganadería o la
minería, cada año derribamos alrededor de 15 mil millones de árboles, y en el comercio de madera
mundial, de conformidad con la WWF, la ilegalidad representa 7.000 millones de dólares al año.
62
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen: Izq. Biomas terrestres: Mapamundi.co. Der. Cobertura forestal de Colombia. IDEAM
Las especies arbóreas que se estiman en 60 mil a nivel global, 9.600 de ellas en peligro de extinción.
Del total, la mayoría que son tropicales, equivalen 1/5 de todas las especies de plantas terrestres.
Brasil es el país con la población arbórea más diversa, con 8.715 especies, por delante de Colombia
(5.776), Indonesia (5.142), Malasia (4.993), Venezuela (4.656), China (4.635), Perú (4.439), Ecuador
(3.591), México (3.364) y Madagascar (3.234). En cuanto al número de especies endémicas, la
clasificación también está liderada por Brasil (4.333), seguido de Madagascar (2.991), Australia
(2.584), China (2.149), Malasia (1.520), Papúa Nueva Guinea (1.395), Indonesia (1.372), Nueva
Caledonia (1.365), México (1.341) y Colombia (1.282). Si en la década de 1990 Brasil fue el país en
el que hubo mayor deforestación, con 22.264 km², y en Colombia, el hábitat natural de algunas se
ha reducido el 80 por ciento, cinco de los 10 países que más deforestan en el planeta, son de África.
En Colombia, las principales causas de la deforestación son la expansión de la frontera agropecuaria,
especialmente para ganadería extensiva, siembra de cultivos ilícitos, tala ilegal, minería e
infraestructura, incendios forestales y presión por el crecimiento poblacional.
Como referente: si en Colombia, de 9,7 millones de hectáreas de bosques de niebla, en lo recorrido
de la vida republicana sólo resta el 25%, y de los bosques secos que cubrieron 9 millones de
hectáreas, solo queda el 8 %, también en 200 años los guaduales de Colombia pasaron de 12 millones
de hectáreas a tan sólo 50 mil, quedando de ellas 20 mil hectáreas en el Eje Cafetero y 6 mil en
Caldas.
63
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
La problemática ambiental
El calentamiento global podría exterminar una fracción importante de las especies del planeta. La
fusión del hielo en proceso, puede incrementar en decímetros el nivel del mar durante las siguientes
décadas, causando erosión costera. Se prevé el incremento de los desastres asociados al
clima: huracanes, sequías e inundaciones, y pérdidas causadas en la economía mundial de hasta un
20% del crecimiento. Habrá que desarrollar estrategias para prevenir la erosión costera, como
preservación y propagación de los manglares, también vitales en caso de tsunamis. Según el Banco
Interamericano de Desarrollo, la CEPAL y el Fondo Mundial para la Naturaleza, para el año 2050 los
desastres naturales podrán ocasionar pérdidas por US$ 100.000 millones. Además, la región, aunque
solo contribuye con el 11% de las emisiones globales, por ser altamente vulnerable a los desastres
naturales, deberá incrementar de forma sustancial sus inversiones en adaptación al cambio climático
y en la mitigación preventiva, durante las próximas décadas.
64
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imágenes: Izq: Pronóstico global de incremento de la temperatura por cambio climático, en:
apod.nasa.gov. Der: El mapa superior deshielo de Groenlandia de 1992 a 2002 en Biblioteca-tercer-
milenio.com. El mapa inferior, el hábitat costero del Caribe, uno de los más afectados. Nicholls et al
1997.
El cambio climático reducirá el número de huracanes en el Atlántico, pero estos serán más intensos.
Las aguas abisales (profundas) de la Antártida se enfriaron de manera sensible a pesar del
calentamiento global y esto podría hacer que América del Norte y Europa empezar a enfriarse en la
próxima década.
Los ecosistemas mediterráneos y del Caribe, van a ser los más perjudicados: se cuantifican impactos
del calentamiento, que probablemente se empezarán a notar a partir de 2020. Concentraciones
elevadas de CO2 podrían reducir la calidad del forraje; además el calentamiento global puede cambiar
los rendimientos de semillas. Si no actuamos ahora, nuestros hijos heredarán un mundo más
caluroso, aire más contaminado y agua más sucia, inundaciones y sequías más intensas y más fuegos
arrasadores. Es probable que, aunque se detengan hoy las causas del calentamiento, la recuperación
del ecosistema tardará décadas y los daños serán irreversibles.
65
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen: Usos potenciales y actuales del suelo al año 2000, en la Ecorregión Cafetera. SIR – Alma
Mater (2002).
66
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El territorio con una población de 3,7 millones de habitantes -76% urbanos y 24% rurales, y una
extensión 27.249 km2 del trópico andino, es un jardín deforestado. Veamos: según SIR – Alma Mater
(2002): mientras la superficie apta para potreros era del 4 % del territorio, las coberturas en dicho
uso alcanzaron el 49 %, y mientras el potencial forestal era del 54 %, las áreas en bosque bajaron
al 19 %. Añade además que, para el año 2000, en los usos agrícolas y agroforestales, de un potencial
del 21% y 20% en su orden, la cobertura agrícola era del 30% y la agroforestería no se
implementaba.
Cuenta la Ecorregión Cafetera en su valioso patrimonio natural con cuatro Parques Naturales
Nacionales PNN: el de los Nevados, el Tatamá, la Selva de Florencia, y el Santuario de Fauna y Flora
Otún-Quimbaya. El Páramo de Tatamá, junto con los páramos del Sol en Frontino y El Duende que
hospeda el Cerro Calima, son los únicos tres páramos de Colombia que no han sufrido alteración
humana. Súmense a lo anterior, varias reservas forestales protectoras, distritos de suelos.
El Sistema Regional de Áreas de Protegidas, SIRAP de la Ecorregión Cafetera en jurisdicción de 92
municipios de cinco departamentos – Eje Cafetero, N de del Valle del Cauca y NW de Tolima-, es un
proceso de planeación participativa que incorpora conceptos de ordenamiento territorial para la
gestión ambiental y un modelo de desarrollo sostenible, desde el año 2000 ha venido vinculando el
tema de cambio climático en su plan de acción. No obstante, a pesar de la Ley 99 de 1993, cuyo
Art.1. N4 dice: “Las zonas de páramos, subpáramos, los nacimientos de agua y las zonas de recarga
de acuíferos, serán objeto de protección especial”, este valioso patrimonio está amenazado, no sólo
por el cambio climático, sino también por los históricos pasivos ambientales y presiones actuales de
naturaleza antropogénica.
El caso de Caldas
Imagen: Biomas de Caldas, Usos y Coberturas del suelo al año 2000. Corpocaldas.
Pero Caldas cuyo PIB le aporta el 1,6% a la Nación, con una superficie de 7888 km2, una altitud
media de 3190 msnm, y una población cercana al millón de habitantes, frente a la amenaza ¿cómo
está? Pese a su relieve y ubicación geográfica, y de un sistema hidrográfico nutrido por dos cordilleras
– la Occidental y Central cuyas vertientes drenan por cuencas del Magdalena y del Cauca-, también
es un territorio vulnerable: además de una conurbación de 550 mil habitantes, en la cuenca del Río
Chinchiná-Guacaica, bañada por uno de los ríos más contaminados de Colombia, es un paisaje
deforestado que anuncia conflictos severos en el uso del suelo, y una amenaza alta de
desabastecimiento para el corredor del Cauca entre Irra y la Pintada.
En Caldas, al 2019 el área de cultivos con una extensión de 104 mil ha, distribuidas en café (78907
ha), plátano 25004 ha y otros cultivos (10497 ha), sumada a las 111 mil ha del área forestal y en
guadua, arrojan un total de 215 mil ha equivalentes al 29% del departamento, cuantía inferior a las
294 mil ha de las tierras destinadas a actividades ganaderas y pecuarias, o sea a potreros, que
representan el 40% de Caldas. Siendo así, urge en Caldas resolver la carencia de instrumentos
mínimos, como una cartografía temática y de detalle con mayor resolución para las zonas urbanas
que las rurales, e incluir en ella los mapas agrológicos, sin perder de vista las acciones que van en
curso desde Corpocaldas y las oficinas de atención y prevención de desastres OMPAD de Manizales,
y CREPAD de Caldas.
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Y Manizales qué
69
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aseguramiento de bienes en riesgo: Manizales y Caldas, deben ahora fortalecer sus instrumentos a
nivel departamental y municipal, para emprender la rehabilitación, reconstrucción y prevención,
sector por sector.
Y para finalizar, sí de la prevención al desastre la diferencia es de un orden y del desastre a su
recuperación de otro más, vale el dicho: “más vale prevenir que curar”. Sólo que las acciones han
de ser de extremada urgencia y largo plazo, y por lo tanto estructurales, para desarrollar una cultura
de adaptación al cambio climático, dada la complejidad de la crisis socioambiental de Colombia.
Epílogo I
71
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CAPÍTULO 3
ESTRUCTURA DEL SUELO Y GRANULOMETRÍA
Los agregados sin finos, como los talus, presentan contacto grano a
grano, el peso volumétrico es variable, es muy permeable. Estos
materiales no son susceptibles a las heladas, presentan estabilidad
alta cuando están confinados y estabilidad baja en estado no
confinado. No es afectable por condiciones hidráulicas adversas y es
de compactación difícil.
El ingeniero civil debe identificar las propiedades de los suelos con el fin de evaluarlos en el momento
de realizar las obras y lograr unas condiciones estables que garanticen la durabilidad y la estabilidad
de las estructuras. Estas propiedades son evaluables en laboratorio.
2. Resistencia mecánica: Los suelos tienen una resistencia mecánica que permite la estabilidad
de las estructuras que soporta o de los taludes. La humedad reduce la resistencia, mientras que
la compactación o el drenaje la eleva. La disolución de cristales (arcillas sensitivas), baja la
resistencia.
73
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Las anteriores propiedades se pueden modificar o alterar de muchas formas: por medios mecánicos
al compactar el suelo, la instalación de subdrenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o
adición de estabilizantes (cal, cemento, asfalto, sales, etc.).
Materia orgánica
Montmorillonita
Carbonato
Caolinita
Alofano
Sulfato
Arena
Limo
Componente
Mica
Illita
Propiedad
Permeabilidad seco ma b m m m b mb mb ma m
La biotita es más problemática
Problema cuando es uniforme
Permeabilidad humedo ma a a m m b mb mb ma ma
son solubles en ácidos
Ataca al cemento
Estabilidad volumétrica ma a a ma ma a b mb a m
Plasticidad cohesión b mb b b b m b ma m ma
Resistencia seco a a a a m a ma b m
Resistencia humedo mb m a a b m mb mb b
Compacatción óptima a m mb ma ma b m mb mb ma
ma: muy alto, a: alto, m: moderado, b:bajo, mb:muy bajo
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Otras discontinuidades en la masa, por ejemplo, los pliegues o las fracturas, por actividad de la
tectónica, el vulcanismo, etc., o las que marcan ciclos de actividad geológica (planos de
estratificación, disolución, alteración, etc.), son la estructura secundaria y constituyen aspectos
estructurales a mayor escala; esta es la fábrica estructural que hereda el suelo (relictos).
El suelo puede fallar por los granos minerales (falla por la fábrica textural), o por la liga de los granos
minerales (falla por la fábrica estructural).
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ORIGEN
Textura Fabrica no orientada Fabrica orientada
Grueso Granito
Fino Toba
Piroclástica
Grueso Aglomerado
METAMÓRFICO
La geotecnia incluye el estudio de la estabilidad de taludes. Uno de los aspectos más importantes es
identificar los mecanismos de falla de los taludes. Las fallas más comunes en suelos son: la falla
circular ocurre en taludes conformados por suelos o por masas de roca intensamente fracturada; la
falla traslacional es más frecuente en suelos que reposan sobre una roca o un suelo más compacto
y estable; la falla planar ocurre a través de discontinuidades o diaclasas, cuando el buzamiento es
menor al del talud y mayor al ángulo de fricción; la falla en cuña ocurre cuando dos familias de
discontinuidades producen cuñas, con línea de cabeceo buzando más suave que el talud. La falla
por volteo se presenta cuando el buzamiento casi vertical o contrario; el pandeo por fricción
plástica y el pateo ocurren cuando los bloques de roca se disponen paralelos a la pendiente y
pierden el talón. En masas con mecanismos de falla planar o de cuña, la fricción que se desarrolla a
lo largo del plano puede sostener los bloques inestables y en el caso de las cuñas cuando las
discontinuidades están poco inclinadas. Recuérdese que los suelos residuales heredan las debilidades
de la roca y estas se denominan “relictos”. Las discontinuidades en los macizos rocosos forman
relictos y las masas pueden fallar por los planos heredados de la fábrica estructural.
Figura 3.4 Tipos de fallas por discontinuidades en taludes construidos sobre macizos rocosos.
76
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La mecánica de suelos exige actividades de campo que incluyen las campañas de prospección de
suelos, incluyendo la toma de muestras, visitas para verificar el estado de las áreas a intervenir, la
identificación de los rasgos geotécnicos como grietas, contactos, cambios de suelos, aprovechando
los escarpes y los taludes aledaños al sitio de estudio. Las observaciones de campo deben anotarse
en forma apropiada, incluyendo además, los datos de localización, la fecha y el ejecutor, entre otros,
tales como los que siguen a continuación que son importantes y fundamentales para el éxito del
trabajo:
Profundidad del suelo, los espesores y la localización de los contactos referenciados a la superficie
del suelo permiten configurar el arreglo de los suelos, los planos de contacto y las condiciones que
favorecen o no la estabilidad de una estructura.
Color. El color del suelo incluyendo diversos colores (abigarrado), cuando se contamina o cuando
existen vetas permiten una clasificación por comparación y hacer la localización de los estratos de
suelo.
Inclusiones. Los suelos tienen inclusiones de carbonatos, hierro, raíces, materia orgánica, etc. Estas
inclusiones le pueden disminuir la calificación como un suelo que hace parte de la cimentación de
una estructura.
Tipo de perfil. La exploración del suelo se puede realizar por medio de sondeos (exploración
indirecta con la toma de muestras), apiques y trincheras (exploración directa y la toma de
muestras), o mediante la revisión de los taludes o escarpes cuando se trata de escarpes dejados
por un deslizamiento.
Presencia del nivel freático. La profundidad a la cual aparece el nivel freático. El nivel freático
tiene fluctuaciones en los inviernos y los veranos. La identificación de capas de suelo más
impermeables, es de gran utilidad para configurar los modelos físicos necesarios para el modelado
de un talud.
Presencia de humedad. Profundidades del suelo con humedades altas, principalmente en los
cambios litológicos o cerca de manantiales de agua permiten trazar estrategias para realizar el control
y conservar estables la humedad y la estabilidad de un suelo.
Geología. El tipo de roca y las formaciones en la región son el soporte de los suelos, sus orígenes y
su evolución por los procesos de alteración y meteorización.
Erosión. Tipo de erosión. La erosión es una causa de la pérdida de funcionalidad del suelo como
estructura que integra un proyecto y es síntoma de la baja resiliencia frente al cambio climático.
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Uso y manejo del suelo. Si son pastos, cultivos o áreas duras. Es necesario localizar las áreas de
cultivos limpios y semilimpios en laderas pendientes, las áreas protegidas con vegetación nativa, los
procesos denudativos asociados con el fin de integrar la vegetación dentro de las soluciones.
Textura y consistencia. Identificar si el suelo es arenoso, arcilloso, entre otros, es soporte para
resaltar las cualidades o dificultades que pueden generar estos suelos: los suelos limosos y arenosos
son susceptibles a erosión, mientras que los suelos arcillosos son más resistentes a la erosión, pero
dificultan el subdrenaje por tener permeabilidades muy bajas.
Micro relieve en los suelos. Identificar el estado de los contacto entre suelos, anomalías del
relieve.
3.1.6 Definiciones
Tixotropía: Propiedad que tienen las arcillas, en mayor o menor grado, por la cual, después de
haber sido ablandada por manipulación o agitación, puede recuperar su resistencia y rigidez, si se
deja en reposo, y sin cambiar el contenido de agua inicial.
Muestra inalterada: Calificación de valor relativo, para un espécimen de suelo tomado con
herramientas apropiadas, retirado del terreno con los cuidados debidos, transportado, conservado y
llevado al aparato de ensayo, de manera que pueda considerarse que las propiedades del suelo
natural, que se desean conocer en la muestra, no se han modificado de manera significativa.
Muestra alterada: Espécimen con su estructura disturbada. Se emplea para verificar la continuidad
de un estrato de suelo y son útiles para realizar ensayos de plasticidad, granulometría, humedad
natural, entre otros.
Suelo grueso-granular: Son los suelos conformados por partículas de mayor tamaño: guijarros,
gravas y arenas. Su comportamiento está gobernado por las fuerzas de gravedad.
Suelos fino-granulares: Son aquellos conformados por limos y arcillas. Su comportamiento está
regido por fuerzas eléctricas, fundamentalmente.
Suelos pulvurulentos: Son suelos no cohesivos, o suelos gruesos, pero limpios (sin finos); es decir,
grueso-granulares limpios.
Arcillas Vs limos: En estado seco o húmedo, tiene más cohesión la arcilla. La arcilla seca es dura
mientras el limo es friable o pulverizable. Húmedos, la arcilla es plástica y el limo poco plástico. Al
tacto, la arcilla es más suave y a la vista el brillo más durable.
78
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En la mecánica de suelos se presenta, con frecuencia, suelos con comportamientos que ameritan
ensayos especiales, para determinar algunas propiedades que pueden afectar las estructuras
cimentadas en ellos.
Suelos expansivos: La expansión se explica por adsorción de agua, dada la deficiencia eléctrica del
suelo, su alta superficie específica y su capacidad catiónica de cambio. Los problemas que ocasionan
están vinculados con las altas presiones y grandes deformaciones por el hinchamiento que sufre el
suelo. Son expansivos algunas veces los suelos clasificados como limos inorgánicos de plasticidad
alta (MH), las arcillas de plasticidad alta (CH), con límites líquidos mayores de 50%.
Solución a los problemas por expansión de suelos: La solución para controlar la expansión de
estos suelos, es colocar una carga que aplique una presión mayor a la presión máxima de expansión
del suelo; otra alternativa es conservar la humedad natural () constante, aislando el volumen
expandible. Mantener la humedad final del suelo con la humedad natural (drenando). Disminuir la
presión de expansión, bajando la capacidad catiónica, con Ca ++ y Mg++. Reemplazar el suelo,
traspasar la capa problemática por medio de pilotes a fricción negativa. En la haloisita, la cal no es
buena, pero al calentarlo a 60 °C pasa a ser caolinita.
Suelos dispersivos: En estos suelos ocurre una defloculación de las arcillas. El fenómeno químico
es propio de suelos salinos, cuando, por presencia de sodio se desplaza el agua recién venida y
adsorbida, para romper los enlaces.
La verificación del potencial dispersivo se hace contando iones disueltos de Na +, Mg++, Ca++ y K+ y
comparando, con el total de sales, en términos de concentración.
El efecto de la dispersión es la erosión interna o tubificación, y la pérdida de resistencia del suelo por
destrucción de su estructura.
En un ensayo de erodabilidad, todos los suelos dispersivos son erodables. Los suelos dispersivos son
sódico-cálcicos y la solución a los problemas es incorporar cal viva para neutralizar el Na +. Se
presentan en el Huila y Guajira (ambientes áridos y suelos marinos).
Suelos colapsables: Los limos originados en suelos de cenizas volcánicas son colapsables,
especialmente cuando son remoldeados; el límite líquido (LL) de las cenizas volcánicas es muy alto y
sus enlaces iónicos son débiles. Los suelos de origen eólico -las cenizas tienen algo de eso- son
susceptibles, el agua (pocas veces) y el sismo, en casos de licuación, hacen colapsar el suelo.
Suelos orgánicos: El primer producto de estos materiales es la turba, que es materia orgánica en
descomposición. Por su porosidad y estructura, tiene alto contenido de humedad, baja resistencia,
alta compresibilidad e inestabilidad química (oxidable). Deben evitarse como material de fundación y
como piso para rellenos. El humus es de utilidad económica y ambiental, por lo que debe preservarse.
79
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Equipo:
Figura 3.5 Equipo para exploración manual Formato para el registro del sondeo.
Lápiz y borrador.
Objetivo: Conseguir muestras de suelo, en un sondeo manual. Las muestras recuperadas pueden
ser alteradas o de bolsa en forma inalterada por medio de tubos shelby o pared delgada. Las muestras
se deben identificar al vincularlas al sondeo y reportar la profundidad a la que fue extraída.
El objetivo del trabajo de campo es la elaboración de un perfil de suelos para identificar la estratigrafía
del terreno (presencia de los perfiles del suelo, su espesor), aprovechando la perforación para
identificar la profundidad del nivel freático, la presencia de suelos orgánicos, entre otras
observaciones que se realizan en el campo.
Las muestras se rotulan con los datos suficientes y necesarios para identificar el sito de toma de la
muestra, se anota en el formato del registro del sondeo y se guarda en un sitio adecuado, donde no
sufra alteración por la pérdida de humedad. Si se encuentra el nivel freático, éste se reporta en el
formato del sondeo. Se acostumbra dejar la perforación abierta para verificar el nivel freático el día
siguiente.
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3.2 GRANULOMETRÍA
La separación de un suelo en diferentes fracciones, según sus tamaños, resulta necesaria para la
conocer su competencia y eficiencia, desde la perspectiva geotécnica. Esta acción comprende dos
tipos de ensayos: por tamizado para las partículas grueso–granulares (gravas y arenas) y el de
sedimentación para la fracción fina del suelo (limos y arcillas); estos últimos, dado su comportamiento
plástico, no son discriminables por tamizado.
Una vez se seca el suelo en el horno o al aire, se pulveriza, se hace pasar por una serie organizada
de tamices, de agujeros con tamaños decrecientes y conocidos, de arriba hacia abajo. El primer
tamiz, es el de mayor tamaño y es donde inicia el tamizado. Se tapa con el fin de evitar las pérdidas
de finos; el último tamiz está abajo y descansa sobre un recipiente de forma igual a uno de los
tamices, y recibe el material más fino no retenido por ningún tamiz.
Figura 3.7 Mallas para tamices. En, Blog Apuntes Ingeniería Civil.
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cm/sg
(N100,51D2) (3.1)
mm
En donde
v = velocidad en cm/seg = constante
n = viscosidad en Poises = gr/cm sg
g = gravedad en cm/seg2
s, F = densidades de los sólidos y la suspensión en gr/cm3
D = diámetro de una esferita (diámetro equivalente) en cm.
18n * v 18n * v H
D= = = B*v = B (3.2)
g (S − F S −F t
Puesto que la viscosidad y el peso unitario del fluido (F = F*g) cambian con la temperatura “T”,
habría de calcularse B. B = f(T, S). En la ecuación 3.2, la velocidad v es H sobre t (v = H/t).
El número N de partículas con > D, usado en la curva granulométrica, se calcula con la profundidad
H del centro del hidrómetro, la que dependerá de la densidad de la suspensión.
82
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Entonces:
G S ( F − W )
N = V * 100 (% de partículas con D = B * v)
WS (G S − 1)
b) Método de la pipeta.
Figura 3.9 Corrección por menisco
A diferencia del anterior, aquí se deja constante el valor de H. También se parte de una suspensión
agua–suelo, uniforme en el instante inicial, que con el tiempo se modifica, dado que las partículas de
mayor diámetro se precipitan a mayor velocidad, con fundamento en la Ley de Stokes. A distintos
tiempos, desde el inicio, se toman muestras de la suspensión, a una misma profundidad
predeterminada (H0).
De cada muestra obtenida, se determina el peso de los sólidos, contenido por unidad de volumen de
la suspensión, lo que constituye la base para el cálculo de la distribución (en proporción) de los
tamaños de las partículas finas.
Ajuste por menisco: El agua turbia no deja leer la base del menisco con el hidrómetro. (Figura 3.8)
Los resultados de los ensayos de tamizado y sedimentación se llevan a un gráfico llamado curva
granulométrica. La fracción gruesa tendrá denominaciones, según el sistema:
4: Sistema Unificado de
BRITÁNICO 1 AASHTO 2
ASTM 3 SUCS 4 Clasificación de Suelos
SISTEMAS
(mm) (mm)
(mm) (mm) 3: American Society for
Grava 60 – 2 75 – 2 >2 75 – 4,75
Arena 2 – 0,06 2 – 0,05
2 – 0,075 4,75 – 0,075 Testing and Materials
0,075 – < 0,075
Limo 0,06 – 0,002 0,05 – 0,002 2: American Association of
0,005 FINOS
Arcilla < 0,002 < 0,002 < 0,005
Tabla 3.3. Denominación de suelos, según sistemas de Clasificación.
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La curva se dibuja en papel semilogarítmico: con una escala aritmética en las ordenadas que permiten
identificar los porcentajes, en peso, de partículas con diámetro menor que cada uno de los lados de
las abscisas. La escala logarítmica en las abscisas presenta los tamaños de los granos en milímetros.
Esta escala, en razón de que los diámetros varían de cm, mm y . Esta clasificación es necesaria en
geotecnia, pero no suficiente. Se complementa siempre la granulometría con el ensayo de Límites de
Atterberg, que caracterizan la plasticidad y consistencia de los finos en función del contenido de
humedad.
La forma de la curva de distribución de tamaños de las partículas, indica si los tamaños varían en un
rango amplio (curva C) o estrecho (curva B); si el rango tiende a los tamaños mayores del suelo
grueso (A) o a los menores de un suelo fino, (C). Si todos los tamaños tienen proporciones en peso
relativamente iguales, el rango es amplio y la curva suave, el suelo así será bien gradado como A y
C. La mala gradación puede ser por falta de extensión (B) o por discontinuidad. En suelos granulares
la gradación expresada numéricamente, se puede determinar con el apoyo del coeficiente de
uniformidad Cu y con el coeficiente de curvatura Cc.
2
Cu =
D60
; Cc =
D30 Cu 4en Gravas a 6 en arenas
bien gradado cuando
D10 D10 * D60 1 Cc 3
Cuanto más alto sea Cu, mayor será el rango de tamaños del suelo. Los Di; i = 10, 30, 60, son los
tamaños o diámetros de las partículas, para el cual el i% del material es más fino que ese tamaño.
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En la figura 3.9, la curva A representa un suelo bien gradado y de grano grueso. La curva B representa
un suelo mal gradado, de poca uniformidad (curva parada sin extensión); el suelo C corresponde a
una arcilla limosa (suelo fino). Las expresiones T4 , T40 y T200 corresponden a la denominación de los
tamices o mallas.
Figura 3.11. Las curvas de distribución de los suelos anteriores, permiten observar que A se ajusta
mejor a la forma de la campana de Gauss, mientras B resulta apuntalada y C aplanada.
La Tabla 3.4, muestra el rango de tamices, con el Tamaño de las Mallas para la Elaboración de la
Curva Granulométrica, según el ASTM:
Tapa
Bandeja
a. Serie típica.
b. Serie alterna
Ejercicio 3.1
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Ejercicio 3.2
Porcentaje retenido en el T 4 = (9,7/500) *100 = 1,9 %; porcentaje que pasa = 100 – 1,9 = 91,8 %
Explicación
D60 0,53
Cu = = = 3,5 Pobremente gradada y es arena. (% que pasa T4 50 %)
D10 0,15
2 2 Es fina (gran % entre T10 - T40. Es limpia (% pasa 200 5%).
Cc =
D30
=
0, 26
= 0,85
Esto según SUCS
D10 * D60 0,15 * 0,53
Ejercicio 3.3
Se tienen dos materiales y que no llenan los requerimientos del constructor. Se encuentra que,
para llenarlos, el material pude aportar los gruesos y los finos requeridos, si se mezclan. Obtenga
una solución que satisfaga las especificaciones dadas en el proyecto.
Solución.
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P – A = b*(B – A) de donde
P−A P−B
b= Y similarmente a= (III)
B−A A− B
Se escoge cualquier tamiz (por ejemplo el 8) y un valor P en el rango de las especificaciones (el
promedio, P8 = (35+50)/2 = 42,5%). También se puede acercar este punto al material más
económico o más apropiado, desplazando así la curva de la mezcla, pero se debe verificar que no se
salga del rango de las especificaciones.
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Ejercicio 3.4
Dados los pesos retenidos, dibuje la curva granulométrica y determine si el suelo está bien o mal
gradado.
P1 1000 gr
Peso
Diametro % % que
Tamiz retenido
(mm) Retenido pasa
(gr)
4 4,75 50
8 2,36 100
10 2,00 120
20 0,85 130
40 0,425 150
60 0,25 150
100 0,15 120
140 0,106 100
200 0,075 80
Total
Ejercicio 3.5
Dados los pesos retenidos, dibuje la curva granulométrica y determine si el suelo está bien o mal
gradado.
P1 10330 gr P2 9909,7
Peso
Diametro % % que
Tamiz retenido(
(mm) Retenido pasa
gr)
Ejercicio 3.6
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d 60 d 2 Cu 3,7 Cu >4
Cu = Cc = 30
d10 d 60 d10 Cc 1,0 1<Cc<3
Ejercicio 3.7
Se necesita realizar el ensayo de granulometría de una grava y
para ello se llevó al laboratorio una muestra de este material.
Realizar la clasificación para determinar si está bien gradada.
Peso retenido
Tamiz Diametro Suelo retenido Pasante
de suelos
No (mm) (gr) % %
2,5" 63,50 0,00 0,00 100
2" 50,80 320,90 6,44 93,56
1,5" 38,10 281,10 5,64 87,91
1" 25,40 735,00 14,76 73,15
3/4" 19,05 388,20 7,80 65,36
1/2" 12,70 533,00 10,70 54,65
3/8" 9,53 351,90 7,07 47,59
4 4,75 680,80 13,67 33,92
8 2,36 497,80 10,00 23,92
16 1,18 446,40 8,96 14,96
30 0,60 198,60 3,99 10,97
50 0,30 217,00 4,36 6,61
100 0,15 238,60 4,79 1,82
200 0,08 37,60 0,76 1,07
Fondo 53,10 1,07 0,00
∑ 4980,00
d 60
Cu =
d 10
2
cu 34,33
d 30
Cc = cc 1,85
d 60 d10
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Ejercicio 3.8
***
DOCUMENTOS DE COMPLEMENTO
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Imagen: Izq. Selva Tropical Andina y Der. Guadua de la Ecorregión Cafetera. Créditos en
la imagen.
A continuación, dos notas verdes asociadas a la regulación hídrica y a la estabilidad de
nuestros suelos, sobre nuestro patrimonio biótico, con la idea fundamental de crear
conciencia sobre la importancia de avanzar en el desarrollo de una cultura forestal, del suelo
y del agua, que abarque a todos los miembros de la cadena forestal, e incluso a los
consumidores finales. En relación con los bosques y con el agua, más importante que la
cantidad de agua disponible y extensión de las forestas protegidas, lo que importa es su
gestión y la conciencia social sobre su valor estratégico para la biodiversidad y la calidad de
vida de los colombianos.
Los temas a tratar, son: Primero, para hacer un llamado sobre el deterioro de nuestros
bosques andinos y selvas tropicales, consecuencia de la deforestación y del comercio ilegal
de la madera, entre otras acciones que se constituyen en severa presión antrópica sobre
estos frágiles y vitales ecosistemas. Segundo, la guadua, planta emblema de caldas y
recurso fundamental nativo de la región andina; que, por sus múltiples usos en el hábitat
rural y urbano, se constituye en un elemento estructurante de nuestra cultura y en una
impronta del paisaje de la ecorregión cafetera colombiana. Ambos se han tomado de un par
de columnas, surgidas de un ejercicio académico en el que he participado con Carder y
Aldea Global, para producir un par de textos relacionados con el proyecto de Gobernanza
Forestal en Colombia. Y tercero, el caso e nuestros bosques altoandinos ya reducidos en
extensión a la cuarta parte, toda vez que el 80% de la región andina se ha deforestado.
El ocaso del bosque andino y la selva tropical
Dos problemas estructurales íntimamente ligados, la deforestación y el comercio ilegal de la
madera, han sido las causas primeras del gradual ecocidio cometido sobre un patrimonio
fundamental para el agua y la biodiversidad, como lo son nuestros bosques andinos y selvas
tropicales. Si en Colombia la tasa anual de deforestación en 2013 llegó a valores superiores
93
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
a 300 mil hectáreas, también en la Ecorregión Cafetera, un territorio biodiverso que alberga
al 7% de las especies de plantas y animales del país donde el paisaje estuvo dominado por
bosques, ahora solo se conserva menos del 20% de dicha cobertura.
Para el Ideam, mientras la cifra entre 1990 y 2010 llegó a 310 mil hectáreas-año, y en el
Chocó se pierde la batalla contra la deforestación: la Región Andina fue la zona más
afectada, seguida de la Amazonía. En cuanto a los principales procesos de destrucción de
bosques y selvas de Colombia durante los últimos 60 años, Julio Carrizosa Umaña señala la
colonización con propósitos de ganadería extensiva cuando se ofrecieron como alternativa
a la reforma agraria, luego el uso de estos como protección de grupos armados y más tarde
la presión sobre estos ecosistemas como soporte de cultivos ilícitos. Indudablemente,
faltarían la expansión urbana, la palma africana y la actividad minera. La tala ilegal en
Colombia cuya cuantía alcanzó al 42 por ciento de la producción maderera según el Banco
Mundial (2006), cantidad equivalente a 1.5 millones de metros cúbicos de madera que se
explota, transporta y comercializa de forma ilegal, evidencia una problemática que amenaza
la sostenibilidad de los bosques nativos, y la subsistencia de especies maderables apreciadas
en el mercado, como el abarco, el guayacán y el cedro, para lo cual las Corporaciones
Autónomas aplican nuevos modelos y ajustan los existentes, para hacerlos más efectivos.
El Eje Cafetero, donde los paisajes están dominados por potreros, cafetales, plantaciones
forestales, plataneras y cañaduzales, también la infraestructura y uso de agroquímicos, le
pasa factura a los ecosistemas boscosos. Aún más, de un potencial del suelo que es del 4%
para potreros, dicha cobertura en 2002 llegó al 49%; de un potencial del suelo para usos
forestales del 54%, en 2002 los bosques del territorio solo llegaban al 19%; y de unos usos
agrícolas y agroforestales cuyo potencial es del 21% y 20% en su orden, la cobertura
agrícola en 2002 subía al 30%. Y respecto a los bosques naturales de guadua, una especie
profundamente ligada a nuestra cultura que se expresa en el bahareque, cuyo óptimo
desarrollo se da entre 1000 y 1600 msnm, afortunadamente las CAR de esta ecorregión han
logrado mitigar la tendencia a su pérdida mediante la implementación de la Norma Unificada
para su manejo, aprovechamiento sostenible y establecimiento de rodales y la combinación
de dos estrategias: el proceso de Certificación Forestal Voluntaria, cuyo objeto es la
apropiación del guadual por parte del propietario para lograr la articulación de los planes de
manejo y de cosecha, y la zonificación de las áreas potenciales y el inventario de áreas
cubiertas con guadua.
A pesar de los esfuerzos que históricamente se han hecho desde el Estado colombiano para
combatir el delito de la ilegalidad forestal y la preocupante pérdida de los bosques naturales,
dos flagelos que podrían acabar con los recursos forestales del país en cien años, se requiere
avanzar en el desarrollo de una cultura forestal, del suelo y del agua que abarque a todos
los miembros de la cadena forestal, e incluso a los consumidores finales. Para el efecto se
requiere fortalecer los aspectos técnicos, normativos, operativos y financieros en los
instrumentos y estrategias de las autoridades ambientales responsables del control y
vigilancia forestal y del cuidado de los recursos naturales; y desarrollar campañas orientadas
al conocimiento de la normatividad sobre legalidad forestal y a la sensibilización sobre la
importancia del bosque; y segundo, desarrollar políticas públicas que enfrenten esta
problemática como una estrategia de adaptación al cambio climático, con directrices que
contemplen el ordenamiento de cuencas, establecimiento de corredores de conectividad
94
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Estos ecosistemas únicos y de gran valor por su biodiversidad y como reguladores del ciclo
hídrico y fuentes de estabilidad climática, podrían desaparecer en Colombia donde el modelo
de ocupación del suelo entra en conflicto con su frágil estructura ecológica, en especial por
la ganadería y el urbanismo como factores disipadores de su atmósfera húmeda y brumosa.
Si queremos preservar los escasos relictos de dichas selvas nubladas que en Colombia
llegaron a sumar 9,7 millones de hectáreas, de las que sólo resta la cuarta parte, habrá que
mitigar el riesgo frente a la amenaza antrópica mediante acciones judiciales efectivas, y de
protección, recuperación y adaptación al cambio climático.
De lo contrario, los pocos bosques andinos nubosos que aún no hemos arrasado, y que
aparecen entre 1800 y 3000 msnm, en mayor proporción sobre las vertientes occidentales
de las cordilleras Occidental y Central (caso Río Blanco), podrían correr la misma suerte de
los guaduales del país, poáceas representativas de nuestros andes tropicales que durante
96
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
los últimos dos siglos cambiaron su extensión de doce millones de hectáreas a solo cincuenta
mil, 20 mil de estas en el Eje Cafetero y 6 mil en Caldas.
En la región andina estos frágiles ambientes húmedos caracterizados por la neblina perenne,
son un portento ya por la biota propia con variedad de epífitas, musgos, líquenes, hongos
y helechos; ya por la alta riqueza de anfibios, con 121 especies en la Cordillera Central, 118
en la Occidental y 87 en la Oriental, (Cavelier et al. 2001); ya por las especies endémicas y
en vía de extinción que albergan, como gallarias, tucanes, dantas de páramo, tapires, osos
de anteojos, palmas, credelas y prunas.
Se estima que sólo el 2,5% de los bosques tropicales del mundo son nublados. Allí, el aire
proveniente de regiones bajas, húmedas y cálidas aporta humedad que en lugar de
precipitarse se condensa, garantizando la vida de especies que dependen de un ambiente
de saturación hídrica perdurable. De ahí la gravedad del daño que suele ser irreversible
cuando se alteran los ciclos biogenéticos, en estos ecosistemas montanos de nuestros
andes, considerados fundamentales para el mantenimiento de las fuentes de agua y como
sumideros de carbono, y cono complemento del banco de germoplasma por sus plantas
silvestres tropicales parientes de especies domesticadas.
Según el Instituto Humboldt IAvH, la literatura especializada registra en el Eje Cafetero los
siguientes bosques nublados: Caldas, en Manizales (Río Blanco) y Aranzazu (El Laurel);
Quindío, en Salento (cuenca alta río Quindío y Reserva Acaime) y Génova (Servia y Mirlas);
Risaralda, en Pereira, (Ucumarí, SFF Otún Quimbaya y La Suiza), Santa Rosa de Cabal (La
Selva y la reserva Campoalegre), Mistrató (Alto de Pisones y El Empalmado), Pueblo Rico
(Siato y PNN Tatamá) y Santuario (Los Planes). Faltarían otros, varios incluidos en áreas
protegidas.
Si dentro del rango de altitudes de dichos bosques, aún continúan incidiendo factores
severos que comprometen dichos ecosistemas, cuando se trate de bosques de niebla vitales,
donde la amenaza gravita comprometiendo la prestación de servicios ambientales esenciales
y la biodiversidad, tal cual ocurre en Río Blanco, Chec y Cocora, por qué no aplicar el
principio precautelar, y proceder con una figura de PNN para blindarlos, o en su defecto con
una declaratoria de sujeto de derechos como alternativa última que les queda a los bosques
de niebla para su pervivencia en Colombia, y luego retomar el programa del IAvH (2007)
trazando nuevas metas de conservación y uso sostenible de la biodiversidad, a la luz de las
nuevas problemáticas de nuestros bosques tropicales nubosos en la región andina, para
actualizar la información sobre biodiversidad, reformular las políticas y metas que tenían
alcance al 2010.
Lo anterior permitiría, controlar los factores que los continúa diezmado, e incorporar la
amenaza del cambio climático no contemplada entonces por el IAvH, como fenómenos
determinantes de primer orden para la pérdida de biodiversidad, y el deterioro de los
servicios ambientales en áreas de baja altitud vecinas a centros urbanos importantes de las
cuencas de la región andina, que es donde persisten las actividades y cambios de uso del
suelo, que conllevan los impactos severos sobre los bosques nublados que hoy se extienden
desde las selvas subandinas hasta el páramo. [Ref.: La Patria. Manizales, 2020.03.8]
***
97
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
RESUMEN:
RESUMEN: Este documento U.N.-SMP que parte de un artículo para la Columna de opinión
en La Patria sobre el papel de los árboles como sumideros de carbono y la importancia de
los bosques tropicales, y que se complementa con información relacionada con las
problemáticas del territorio relacionadas con la Reserva Forestal Protectora de Río Blanco,
hoy amenazada por daño severo e irreversible para satisfacer apetitos del mercado
inmobiliario, ha sido preparado para nutrir las lecturas del Contexto de CTS de la Universidad
Nacional de Colombia en los temas asociados al territorio y el trabajo cívico de la SMP de
Manizales como integrante del colectivo ambiental Todos Somos Río Blanco. Cómo
referente: Mientras la biocapacidad del planeta es de 1.8 hectáreas percápita, el percápita
de la huella de carbono para Colombia es de dos hectáreas.
—
El cambio climático como factor de riesgo que compromete el suministro de agua en el 63%
de las ciudades del planeta y la seguridad alimentaria a nivel global según el Consejo Mundial
del Agua (2017), debe ser motivo para reflexionar sobre la necesidad de una cultura que
vele por la protección, conservación y restauración de los bosques. Aunque 1.600 millones
de seres humanos en los países más pobres sobreviven por los alimentos, materiales, agua,
medicinas, fibras o leña que les provee, también con la deforestación los árboles están
desapareciendo de la superficie de la tierra: cerca del 46 por ciento los bosques del mundo,
se ha arrasado por el Homo sapiens.
98
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Las especies arbóreas que se estiman en 60 mil a nivel global, de las cuales la mayoría son
tropicales, equivalen 1/5 de todas las especies de plantas terrestres. En Colombia, donde
contamos con 7.500 de ellas, el hábitat natural de algunas se ha reducido el 80 por ciento:
es el caso de maderables finos como Abarcos, Caobas y Cedros, y de árboles importantes
para otros usos, como el Canelo de los Andaquíes y el Palorosa, que son las 5 más
amenazadas, a las que se suman 10 más: Molinillo, Almanegra, Mangle Nato, Roble,
Guayacán, Marfil, Palma de cera de la Zona Cafetera, Nolí o Palma americana, Palma de
moriche, y Mararay de San Carlos. Nombres como Guaduas, Arbolocos, Alisos, Tulipanes,
Pino colombiano y Arrayanes, evocan también valores culturales y usos económicos y
ambientales del árbol.
El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, que en la pasada década
planteaba sembrar 1 árbol por habitante del planeta, busca proteger las áreas más
biodiversas donde muchas de las especies endémicas están en peligro de extinción. Según
la Universidad de Yale, aunque tenemos un per cápita global de 422 árboles, a través de la
explotación forestal y de actividades como la agricultura, la ganadería o la minería, cada
año derribamos alrededor de 15 mil millones de árboles, y en el comercio de madera
mundial, de conformidad con la WWF, la ilegalidad representa 7.000 millones de dólares al
año.
En este planeta donde el tráfico ilegal podría representar el 75% del comercio de madera
en 2017 según la WWF, aunque somos el país más biodiverso por kilómetro cuadrado, aún
deforestamos 200 mil hectáreas por año y nuestro escenario de riesgos contempla pasivos
ambientales por procesos como: sobreexplotación en las selvas, incendios forestales y talas
intensivas para expandir la frontera agrícola y urbana o extender potreros, además de plagas
de insectos y enfermedades forestales; fenómenos todos cuyas consecuencias han sido la
pérdida del hábitat de especies y ecosistemas, además de caos en la regulación del ciclo del
agua, y de erosión del suelo por acción de vientos y escorrentías, lo que se traduce en
desertificación y desastres por ocurrir.
Si en Colombiana, dado que el 74% de la población habita ciudades y cabeceras, falta
conocer de las interacciones en el trópico andino entre ecosistemas urbanos y entornos
suburbanos y rurales asociados, y profundizar en el conocimiento de la distribución de los
árboles para comprender la biosfera terrestre y mejorar el hábitat, también en Manizales,
donde una gestión histórica el Honorable Concejo Municipal acoge el clamor mayoritario de
un Cabildo abierto que reclama poner freno a las regresiones ambientales del modelo de
expansión urbana, nuestra planificación deberá desarrollar una política pública con
estrategias de adaptación al cambio climático y suministro de servicios ambientales, además
de acciones para recuperar cuencas y rondas hídricas deforestadas, y prevenir la
fragmentación de bosques que amenaza nuestra biodiversidad.
Adicionalmente, desde la academia deberemos investigar sobre los ecosistemas urbanos y
su relación con la estructura ecológica en este fragmento del medio tropical andino, con su
particular clima, laderas inestables y ambiente vulcano-tectónico, como fundamento del
bienestar general con el objeto de lograr un desarrollo tecnológico autóctono que le ofrezca
solidez ecológica a las transformaciones del medio natural a través de la cultura, sin
comprometer el ecosistema al satisfacer las demandas del territorio, mediante la creación
99
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
100
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
370 ppmv (el 0,037). El manejo forestal y de los ecosistemas no puede resolver, por sí solo,
el problema del calentamiento global. https://www.concienciaeco.com
Los árboles, como todas las plantas, absorben dióxido de carbono, con lo que contribuyen
a la lucha contra el cambio climático. En los ambientes tropicales húmedos, donde los
árboles crecen más rápido, los bosques pueden almacenar de 10 a 15 toneladas de carbono
por hectárea al año, y por lo tanto remover importantes cantidades de CO2 del aire en un
período de tiempo relativamente corto. http://www.ideam.gov.co
Como sumideros del CO2, los bosques a través de la fotosíntesis almacenan en madera y
en el ecosistema, una parte del carbono tomado de la atmósfera, y devuelven oxígeno a
ella haciendo todo lo contrario de la jungla de concreto. Se estima que un kilómetro
cuadrado de bosque genera mil toneladas de oxígeno al año, y que una hectárea arbolada
urbana produce al día el oxígeno que consumen seis personas. Además, que cada persona
emite dos toneladas de CO2 al año por alimentarse. U de Sevilla en http://www.elmundo.es
Se conoce como sumidero todo sistema o proceso por el que se extrae de la atmósfera un
gas o gases, y se almacena. Las formaciones vegetales actúan como sumideros por su
función vital principal, la fotosíntesis, que es el proceso por el que los vegetales captan CO2
de la atmósfera o disuelto en agua, y con la ayuda de la luz solar lo utilizan en la elaboración
de moléculas sencillas de azúcares. www.mapama.gob.es
Si el percápita de la huella de carbono para Colombia es de dos hectáreas, también el
secuestro de CO2 de los bosques es pequeño en comparación con las emisiones del medio
urbanizado, máxime cuando cerca de la mitad corresponde al uso de combustibles fósiles,
ya que con dichos combustibles la media global de las emisiones de carbono a la atmósfera,
alcanza hoy a 1 tonelada por año (tC/año) y por persona, emitida en forma de CO2. María
Abellas en http://dinamica-de-sistemas.com
Aproximadamente 86% de los bosques del mundo es de propiedad pública, pero en muchos
casos la tenencia de la tierra no está clara o está en conflicto. Casi la tercera parte de la
madera tropical comercializada mundialmente proviene de actividades ilegales, que en su
mayor parte se han dado en la Amazonía y el Sudeste Asiático. http://www.cinu.mx
En los trópicos, el Carbono C que está en sumideros superficiales, varía entre 60 y 230 ton
C/ha en bosques primarios, y entre 25 y 190 ton C/ha en bosques secundarios. En bosques
tropicales, los sumideros de C en el suelo varían entre 60 y 115 ton C/ha y en los sistemas
agroforestales las cuantías, que llegan a valores entre 30 y 50 ton C/ha, son similares a las
de los bosques secundarios, mientras que en los sistemas agrícolas o ganaderos, los
sumideros de C en el suelo son considerablemente pequeños. www.fao.org/
Como consecuencia de la deforestación y la degradación de los ecosistemas, los bosques
tropicales están emitiendo alrededor de 425 teragramos de carbono anuales. Urge
emprender acciones para su recuperación, implementando estrategias y acciones de pago
de servicios ambientales. Los países en desarrollo pueden capturar Carbono C a bajo costo,
mediante opciones que van desde la agroforestería, plantaciones de rotación larga y corta,
hasta regeneración natural, manejo forestal y prácticas silvo-
culturales. http://www.fao.org/
101
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Algunos bosques en Suramérica, África y Asia, pasaron de retener carbono a emitirlo. Según
un estudio publicado recientemente en Science, Científicos de la Universidad de Boston y
del Centro de Investigación de Woods Hole, quienes combinaron los datos satelitales de 12
años, han encontrado que mientras Latinoamérica aporta cerca del 60% de las emisiones,
en África la cifra es de 24% y en Asia del 16%. Medio
Ambiente https://www.elespectador.com/
En el primer semestre de 2016, Colombia empezó a negociar bonos de carbono. En dicha
estrategia para combatir el cambio climático, al estimar cuánto carbono acumulan los
bosques del país, el IDEAM estimó nuestro potencial en el mercado de los bonos de carbono,
calculando el potencial de carbono almacenado en la biomasa aérea, así: si en Megagramos
de carbono por hectárea, según el instituto tenemos entre 79,1 Mg C/ha y 168,9 Mg C/ha,
entonces la reserva de carbono nacional total expresada en Petagramos de carbono, oscila
entre 4,7 Pg C y 10,0 Pg C, y representa 17,1 Pg CO2 equivalentes y 36,6 Pg CO2
equivalentes que no han sido emitidos a la atmósfera. Para el efecto, 1Mg son 1000
Toneladas y 1 Pg son 1 millón de millones de Toneladas. María Mónica Monsalve S.
en: http://www.elespectador.com
Recopilación: Gonzalo Duque Escobar http://godues.webs.com Imagen: Bosques
tropicales del mundo, en http://nicolebenefieldillmanees.weebly.com
***
Conflictos de Uso del Suelo en la Reserva Forestal Protectora de Río Blanco, ubicación del
predio La Aurora respecto a la Reserva (Izq.) y mapa de la Cuenca del Río Chinchiná,
mostrando la Proximidad entre la Reserva y la cuidad de Manizales. En La Aurora se pretende
construir en 12,58 hectáreas la ciudadela Tierraviva para cerca de 10 mil habitantes, por
una empresa que posee las 56 hectáreas de dicho predio. La amenaza de un daño progresivo
severo e irreversible sobre un bien fundamental, parte de que más adelante la misma
constructora continúe urbanizando, u otros invocando el principio de igualdad repitan sobre
predios vecinos del Anillo de Contención, como Betania que también había sido declarado
área de expansión urbana en 2003 y sustraído de la Reserva Forestal Central en 2013.
Fuente: PLAN DE MANEJO AMBIENTAL RESERVA F.P. DE RIO BLANCO.
102
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
***
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
104
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Bosques en la cultura del agua. Dinámicas del clima andino Paisaje Cultural Cafetero PCC:
colombiano. qué nos hace diferentes.
Caldas en la biorregión
cafetera. El inestable clima y la crisis del Paramos- ecosistemas
agua. vulnerables al cambio
Calentamiento global en
climático.
Colombia. El modelo de ocupación urbano
– territorial de Manizales. Paramos vitales para la
Cerro Bravo, tras trescientos
Ecorregión Cafetera.
años de calma volcánica. La encrucijada ambiental de
Manizales. Planes de acción para el agua
Ciencia, Tecnología, Desarrollo
en cinco municipios de Caldas
y PIB en Colombia. Las cuentas del agua.
y para el manejo de la guadua.
Clima extremo, desastres y Legalidad y sostenibilidad de la
Plusvalía urbana para viabilizar
refugiados. guadua en la ecorregión.
el POT de Manizales.
Clima, deforestación y Manizales: un diálogo con su
Retos por deforestación y
corrupción. territorio.
degradación de la Amazonía.
Colombia biodiversa. Más allá de las profecías
Ríos urbanos para Manizales.
Mayas.
Colombia, país de humedales
Sol, clima y calentamiento
amenazados. Medio ambiente, mercado y
global.
Estado.
Conflicto socioambiental en la
Una visión sistémica del
Reserva de Río Blanco. Nuestras aguas subterráneas.
Aeropuerto del Café –
CTS, Economía y Territorio. Océanos: ecosistemas vitales Aerocafé.
amenazados.
Cuatro PNN, patrimonio de la Vapores por el Río Grande de
Ecorregión Cafetera. Pacífico colombiano. La Magdalena.
Desarrollo y ruralidad en la ¿Para quién la plusvalía Videoteca del Museo
región cafetalera. urbana? Interactivo Samoga.
105
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 4
CONSISTENCIA Y PLASTICIDAD.
Etimológicamente, consistencia equivale a capacidad de mantener las partes del conjunto integradas,
es decir, estabilidad y coherencia. En mecánica de suelos sólo se utiliza para los suelos finos que,
dependiendo del contenido de agua y de su mineralogía, fluyen sin romperse.
Atterberg (1911) establece arbitrariamente tres límites para los cuatro estados de la materia, así:
Estado líquido
Crece la humedad ( )
Límite líquido WL LL
Estado plástico
Límite plástico WP LP
Esado semisólido
Limite de retracción WS LR
Estado sólido
1.
2. Tabla 4.1 Límites para los cuatro estados de los suelos finos Atterberg 1911.
Un suelo está en estado líquido (arcilla o limo muy húmedos) cuando se comporta como un fluido
viscoso, deformándose por su propio peso y con resistencia al corte casi nulo.
Al perder agua, ese suelo pierde su fluidez, pero continúa deformándose plásticamente; dado que
pierde su forma, sin agrietarse. Si se continúa con el proceso de secado (de la arcilla o limo), el suelo
alcanza el estado semisólido, si al intentar el moldearlo se desmorona. Si se seca aún más, hasta un
punto en el cual su volumen ya no se reduce por la pérdida de agua y el color toma un tono más
claro, el estado del suelo se define como sólido.
El estado plástico se presenta en un rango estrecho de humedades, comprendidas entre los límites
líquido (LL) y plástico (LP). Este rango genera el Índice de Plasticidad “IP”, definido así:
diferencia de contenido de
IP = WL - WP 4.1
humedades en los LL Y LP
En consecuencia, los límites de Atterberg son contenidos de humedad del suelo, para suelos finos
(limos, arcillas), solamente. Los índices son rangos de humedad.
106
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
4.1 Índice de fluidez (If). Medida de la consistencia o la facilidad relativa con que un suelo
puede deformarse espontáneamente dada por la relación numérica entre: a) La diferencia entre
el contenido de agua de un suelo y su límite plástico, y b) su índice de plasticidad.
− P
If = *100 (en %) 4.2
IP
Si If → 100%, el suelo en campo está cerca al LL; si IL → 0%, el suelo en campo está cerca al LP.
Pueden presentarse arcillas con IL < 0, cuando < WP.
A=
IP
% de arcilla = % en peso WS de partículas con φ 2μμ 4.3
% de arcilla
107
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
4.3 El límite plástico (LP). Es el menor contenido de humedad (P) para el cual el suelo se deja
moldear. Esto se dice cuando, tomando bolas de suelo húmedo, se pueden formar rollitos de 1/8’’
sobre una superficie plana, lisa y no absorbente. Sin agrietarse, el suelo no alcanza el L P, y si se
presentan múltiples grietas tampoco se tiene el LP.
4.4 El límite de retracción (LR) (o Límite de Contracción). Contenido de humedad para el cual
el suelo sometido a secado, mantiene constante su peso. Se coloca en una cápsula el suelo húmedo
( > L) y se determina su peso Wi y su volumen Vi, siendo Vi también el volumen de la cápsula. Se
seca el suelo en la estufa y se obtiene su peso W f y volumen Vf. El problema está en obtener Vf, el
cual se logra conociendo el peso del mercurio desplazado por el suelo seco, operación que es
delicada; así se tiene:
LR =
(Wi − W f )− (Vi − V f )* w *100 4.4
Wf
En donde (Vi – Vf)W es el peso del agua perdida y (Wi – Wf) - (Vi – Vf)W es el peso del agua en la
muestra cuando está en el límite de retracción.
Es una medida de la consistencia o facilidad relativa con que un suelo puede ser deformado, dada
por la relación numérica entre a) la diferencia entre límite líquido y el contenido de agua de un suelo,
y b) su índice de plasticidad.
L −
IC = * 100
L −P
4.6 Índice de retracción, IR. Este, indica la amplitud del rango de humedades dentro del cual el
suelo se encuentra en estado semisólido.
IR = LR − LP
108
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
EJERCICIOS
Ejercicio 4.1.
141,0
139,0
137,0
10 20 40
Número de golpes
46,5
46,0
45,5
45,0
44,5
44,0
43,5
10 20 40
Número de golpes
110
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Humedad (%)
45,0
44,0
43,0
42,0
41,0 y = -0,1631x + 47,385
40,0
10 20 40
Número de golpes
130,0
ÍNDICE PLÁS TICO 52,3
125,0
120,0
115,0
y = -0,6319x + 136,44
110,0
10 20 40
Número de golpes
Ejercicio 4.2.
Calcular los siguientes valores de plasticidad de las muestras de suelo y hacer la clasificación.
111
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Wn Humedad natural
Wl Límite líquido
Wp Límite plástico
Ip Índice de plasticidad
P200 Fracción pasa tamiz No 200
SUCS Sistema Unificado de Calsificación de suelos
112
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ciclo geológico – PDF Capítulo 1: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003. Act 2022) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
De la amenaza climática a la gestión del riesgo. Por: Gonzalo Duque Escobar. Socio SMP y Profesor
U. N. de Colombia In: Periódico UNAL / 12-12-2022.
Desarrollo urbano y huella ecológica. Duque Escobar, Gonzalo. 2018-10-8. Universidad Nacional de
Colombia Sede Manizales; Departamento de Ingeniería Civil.
Enlaces Hidrogeológicos del Museo Interactivo Samoga. Gonzalo Duque Escobar. Universidad
Nacional de Colombia Sede Manizales. Recopilación de documentos digitales propios y de terceros.
Materia y energía – PDF Capítulo 2: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Tierra sólida y fluida - PDF Capítulo 4: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Minerales) – PDF Capítulo 5: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo (2003)
Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Intemperismo o meteorización - PDF Capítulo 8: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar,
Gonzalo (2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Tiempo geológico – PDF Capítulo 10: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Geología estructural – PDF Capítulo 11: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Macizo rocoso – PDF Capítulo 12: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Montañas y teorías orogénicas - PDF Capítulo 14: Manual de geología para ingenieros. Duque
Escobar, Gonzalo (2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Movimientos masales PDF Capítulo 16: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Aguas superficiales – PDF Capítulo 17: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Aguas subterráneas – PDF Capítulo 18: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Geomorfología – PDF Capítulo 20: Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo
(2003) Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
Consistencia del Suelo – Límites de Atterberg – Índices. Blog de Santiago Osorio R.
Guía de Laboratorio para obtener los Límites de Atterberg. Fuente: trabsuelos.blogspot.com
Introducción a algunas propiedades fundamentales de los suelos. Ing. Julio Roberto Nadeo U.T.N. e
Ing. Julio Roberto Nadeo U.N.L.P. Argentina.
Manual de geología para ingenieros. Duque Escobar, Gonzalo (2003 Act. 2023) Universidad Nacional
de Colombia, Manizales.
113
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Presentación
La Encíclica Laudato Si´ al ocuparse de las problemáticas del calentamiento global con sus
eventos climáticos extremos y de la crisis del agua, nos invita a reflexionar sobre las
consecuencias ambientales de un modelo de desarrollo deshumanizado, soportado en el
consumo que. al instrumentalizar la naturaleza para explotarla y favorecer la ocupación
conflictiva del territorio, avanza sobre los ecosistemas estratégicos atentando contra la vida
y generando graves consecuencias sociales, ambientales y económicas.
Veamos el caso de Colombia donde urgen la presencia del Estado y el compromiso de la
sociedad para desarrollar acciones estructurales soportadas en políticas públicas y de
ordenamiento territorial, y en estrategias de participación social, de educación y de apoyo
sectorial para avanzar en la solución de los grandes conflictos ambientales del país.
Introducción
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Minería y deforestación
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
119
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Humedales
Imagen 6: Rendimiento hídrico en Colombia, cuyas cuantías entre la alta Guajira (rojo) y
bajo Atrato (azul), varían de 1 a 200 litros por segundo por kilómetro cuadrado. ENA
Himat. http://sig.anla.gov.co
Según el Instituto Alexander von Humboldt, en 20 millones de hectáreas equivalentes a
cerca del 17% de nuestra superficie continental, tenemos 31.702 humedales, de los cuales
el 48% están en nuestras Orinoquia y Amazonia. Pero cerca del 93% de estos ecosistemas,
al estar amenazados por acciones antrópicas y por el cambio climático, requiere figuras de
conservación.
Al observar el mapa preliminar de humedales de Colombia, aunque por la escala no se
visibilizan turberas y otros humedales de páramo y bosques andinos que regulan los
caudales de las regiones más pobladas de Colombia y que contribuyen a las dinámicas del
clima.
Sobresalen por su extensión varios reservorios, como marismas y manglares en la costa del
Pacífico desde el sur de Tribugá hasta el río Mira, y en especial sobre el delta del Patía donde
aparece Tumaco; o ciénagas y madre viejas en corrientes de meandros, como las
comprendidas entre el río Meta y el piedemonte de la Cordillera Oriental; o las rondas del
río Guaviare y en parte del Vichada e Inírida; además de las vaguadas del Putumayo,
Caquetá y Vaupés; y el valle del Atrato aguas abajo de Vigía del Fuerte, y en parte del San
Juan; o en regiones como el Magdalena Medio y Bajo y el Bajo Cauca, donde a pesar de
ecocidios agroindustriales, mineros, etc., sobresalen, además de la Ciénaga Grande de Santa
Marta, La Mojana, la Depresión Momposina y el área del Sinú-San Jorge.
Las cuentas del agua
120
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al 3,5% del PIB; y según el Banco Mundial el costo oculto de la mala calidad del agua y de
los servicios de saneamiento, podría ascender al 1% del PIB.
Agua y bosques en Caldas
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Dice la encíclica papal Laudato Si, que “El agua potable y limpia representa una cuestión
de primera importancia, porque es indispensable para la vida humana y para sustentar los
ecosistemas terrestres y acuáticos.”
Habrá que hacer ajustes y trazar nuevos enfoques en las políticas públicas del país y en el
ordenamiento territorial en materia de adaptación al cambio climático, dotándolas de una
orientación socio-ambiental, y redefiniendo el verdadero carácter del agua, el suelo y la
biodiversidad, erróneamente considerados un recurso y como tal un objeto de mercado, y
no un patrimonio inalienable.
De lo contrario, además de hacer inviable el territorio, en uno o dos siglos como máximo,
en nombre de un modelo de desarrollo deshumanizado y centrado en el crecimiento
económico, y por lo tanto en el consumo, en virtud de las falencias de un Estado débil y
de una sociedad indolente y no previsiva, habremos agotado la biodiversidad del país.
Gracias
Ponencia para la Jornada Académica Laudato si¨: El cuidado de la casa común. Auditorio
Santo Domingo de Guzmán, Universidad Católica de Manizales, 25 de Octubre de 2016.
***
LECTURA 4B: URGE UNA GESTIÓN INTEGRAL DEL PÁRAMO CALDENSE
En Colombia, el páramo como ecosistema alpino intertropical con una extensión 2 millones 299 mil
Ha, y que se ubica desde los 2900 m hasta los 5000 m de altitud, presenta graves transformaciones
en el 16% de sus territorios. Veamos en el Eje Cafetero que pasa con estos santuarios que a pesar
de albergar una gran biodiversidad de fauna y flora y de proveer el agua para 2,5 millones de
personas de cuatro departamentos, al estar amenazados por el cambio climático y otras dinámicas
de origen antrópico requieren de medidas precautelares para garantizar su pervivencia y
fragmentación.
El PNN de los Nevados con sólo 58.300 Ha protegidas debería ampliarse para cubrir las 102 mil Ha
que tiene el páramo en el lugar, y también declarase la figura de PNN para el complejo de Páramos
de Hervéo hasta Marulanda, para integrar el PNN de los Nevados con el Complejo de Páramos se
Sonsón.
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Colombia es altamente vulnerable a los efectos del cambio climático, cuyos impactos
Esta Ecorregión Cafetera con su verde, escarpado y deforestado paisaje tropical enclavado entre las
cordilleras y profundos valles de los Andes más septentrionales de América, donde sobresalen los
páramos establecidos en ambientes fluviales, glaciares y gravitacionales que se entreveran, ubicados
tanto sobre la Cordillera Central en vecindad de las cumbres nevadas del Complejo volcánico Ruiz-
Tolima y la Mesa de Herveo a más de 5.000 msnm, como en el continuo de farallones de la Cordillera
Occidental ubicado al sur de los Complejos Paramillo y Frontino-Urrao, con sus notables alturas
como el Cerro Caramanta del Complejo Citará y el Tatamá del Macizo Tatamá que son sus mayores
alturas en jurisdicción del Eje Cafetero.
En los Andes sudamericanos, estos y otros páramos se extienden como islas, en ocasiones en medio
de paisajes volcánicos, tal cual se observa desde la Depresión de Huancabamba al norte del Perú,
hasta la Cordillera de Mérida en Venezuela o la Sierra Nevada de Santa Marta, pasando por las tres
cordilleras de Colombia. Si el páramo es un ecosistema tropical de montaña con vegetación
achaparrada tipo matorral, que se desarrolla por encima del área del bosque montano y por abajo
del sistema nival, aunque también existen en Centro América, Sudamérica, Asia, Oceanía y África,
en términos absolutos la mayor extensión paramuna del mundo está en Colombia, aunque solo
algunos han escapado a diferentes procesos de alteración y afectación antrópica.
Así como hemos visto la migración de los cafetales conforme el clima ha venido cambiando,
avanzando 170 m en altitud por cada grado centígrado de incremento en la temperatura, también
en el PNNN ya se advierte el calentamiento global con la pérdida de los glaciares: si entre 1979 y
2010 la superficie de los hielos perpetuos en el Complejo Volcánico Ruiz-Tolima ha pasado de 32 o
29 a 12 o 10 kilómetros cuadrados, mucho antes, cuando se funda Manizales (1849), como
consecuencia del último pico de una pequeña glaciación ocurrida entre 1550 y 1850, según Antonio
Flórez (2002) e Ideam-Unal (1997) los hielos del PNNN sumaban cerca de 93 kilómetros cuadrados,
10% de los cuales cubrían el Cisne y el Quindío.
125
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El Tatamá con 4.250 msnm y su ecosistema de páramo y bosques alto-andinos muy húmedos
delimitados por los 3.450 m de altitud, y el Caramanta con su cumbre a 3.900 msnm que ubicado al
sur de los farallones del Citará igualmente comprende el páramo, no solo marcan el paisaje del norte
de Caldas y de Manizales por el poniente, sino que también nutren el drenaje de los ríos San Juan,
Atrato, Risaralda y Cauca de esta ecorregión, al albergar varias cuencas de las dos vertientes de la
Cordillera Occidental, tanto por el norte de la ecorregión con los ríos Arquía, San Juan Antioqueño ,
como al sur con los ríos San Rafael, Tatamá, Negro y Mapa.
Pero además de ser el de Tatamá un Parque Natural Nacional por fortuna cuasi-inaccesible y casi
virgen y desconocido, y el de Caramanta una zona de interés declarada Reserva Forestal Protectora
Regional en Antioquia para proteger sus páramos con su particular biota y fauna biodiversa, e
importantes especies endémicas, también ambos escenarios al lado del PNNN como singulares
medios de regulación hidrológica, suministro de oxígeno y captura de carbono atmosférico, además
de ser espacios vitales para varias comunidades vecinas, de territorios colectivos afrodescendientes,
resguardos indígenas Embera y poblados de mestizos, son medios estratégicos y fundamentales para
la sustentabilidad urbana y rural de la Ecorregión Cafetera, donde vivimos cerca de 2,7 millones de
habitantes que ignoramos estas y otras complejas relaciones y dinámicas culturales y ecosistémicas
RESUMEN: ¿Por qué no extender el PNN de los Nevados desde 58,3 mil Ha hasta 102 Ha, que es el
área de páramos en el lugar? Aún más debería extenderse la figura de PNN al norte de dicho lugar y
hasta la ceja de páramo de Sonsón, para abrazar la franja cordillerana que fuera denominada Páramo
de Erbé o Mesa de Herveo en época de la Colonia, con lo cual se garantizaría no solo un corredor de
conectividad biológica en el estratégico ecosistema y el agua para las poblaciones del Norte o
126
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Oriente de Caldas, sino también la pervivencia de especies como la palma de Cera del Quindío y el
Cóndor de los Andes- que son emblemas de Colombia-, hoy en peligro de extinción.
Nuestros páramos, como elementos biogeográficos tropicales, que por condiciones de clima, flora y
suelos comparten Perú, Ecuador, Venezuela, Panamá y Costa Rica, en el caso de Colombia benefician
la Región Andina con sus tres cordilleras y el sector Nariño-Putumayo, además del área de influencia
de la Sierra Nevada de Santa Marta, lugares donde la pervivencia de la biota y las actividades
socioculturales y económicas, aunque están amparados por la Ley 99 de 1993 por ser altamente
vulnerables, requieren no sólo de su conservación sino también de estrategias de manejo sostenible
para su adaptación al cambio climático.
En Colombia donde se concentra la mitad de los páramos del mundo, estos ecosistemas propios de
latitudes tropicales, que al definirlos se sitúan entre los bosques altoandinos y la isoterma de nieves
perpetuas así su precipitación media anual varíe según el lugar, con el calentamiento global han
venido migrando a zonas de mayor altitud, tal cual se advierte en el país al observar su dinámica en
los glaciares del Parque Natural de los Nevados: si en 1970 cubrían 29 km2, de ellos 20 km2 en el
Ruiz, 9 km2 en el Santa Isabel y 3 km2 en el Tolima, hoy en extensión sólo tienen la tercera parte.
Pero entre las tres franjas de páramo cordilleranos, si en la Cordillera Oriental aparecen la mitad de
ellos, y en todos el paisaje dominado por el modelado glaciar pleistocénico está caracterizado por
valles en U, lagunas emplazadas en áreas de socavación limitadas por abundantes bloques y
afloramientos rocosos que fueron arrastrados por los glaciares, otra cosa ocurre en los de la
Cordillera Central donde adicionalmente aparecen estructuras vulcanogénicas que durante los
últimos tres millones de años afloraron en los fragmentos volcánicos del Galeras, Huila y Ruiz,
irrumpiendo en la suave y ondulada topografía.
Para estos ecosistemas estratégicos por los servicios ambientales como la regulación del clima y del
patrimonio hídrico, aunque se ha logrado la declaratoria de Sujeto de Derechos en 2020 para
proteger la vida, la salud y el ambiente sano en unas 58.300 Ha, urge no solo ampliar el PNN para
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
cubrir el Complejo de Páramos y declarar las Zonas Amortiguadoras para vincular a las comunidades
que pueden desarrollar un ecoturismo comunitario sostenible, en lugar de un extractivismo turístico
que además de desolar escenarios borrando la cultura, monopoliza la oferta con paquetes
excluyentes de todo incluido que dejan por fuera a las comunidades locales.
Finalmente, si para en el PNN de los Nevados donde el régimen bimodal de lluvias varía de 1.500 a
2.000 mm por año en la vertiente Occidental contra 1000 mm anuales en la Oriental, y al año 2000
aún se mantenía el 80% de ecosistemas naturales, habrá que tener en cuenta la urgencia de declarar
el Área de Amortiguamiento mirando el Complejo de Páramos cuyas 102 mil Ha superan la del PNN,
para proteger estos frágiles ecosistemas ubicados altitudinalmente entre los 3.550 y los 5.280 msnm,
donde se incluyen los páramos de Quindío, Peñas Blancas, Aguacatal, Santa Isabel, del Ruiz y Herveo.
***
ENLACES U.N.
A recuperar la cuenca del El agua en Colombia: una visión Lecciones de Río Blanco: más
Risaralda. global. ecosistemas frente a la crisis
Agua y clima en el desafío El agua en la biorregión del agua.
ambiental. caldense. Legalidad y sostenibilidad de la
Amenaza para la Reserva de El por qué de los aguaceros en guadua.
Río Blanco en Manizales. Colombia. Llega el invierno, ¿pero la
América Latina: ¿crecimiento El territorio del Gran Caldas, “La vulnerabilidad qué?.
sustentable? Tierra del Café”. Manizales: de la aldea cafetera
Antropoceno… ¿concepto El volcán y el desastre de a la ciudad fragmentada.
cultural o geológico? Armero. Más espacio y oportunidades
Arrecia el invierno en un medio Geociencias y Medio Ambiente. para el ciudadano.
urgido de acciones Geotecnia para el Trópico Muelle de Tribugá: ¿es posible
ambientales. el desarrollo sostenible?
Andino.
Bosques, Cumbre del Clima y Paisaje y región en la Tierra del
Gestión del riesgo por
ENSO. Café.
inestabilidad de terrenos en
Café y Cambio Climático. Patrimonio hídrico: carencias en
Manizales: Conclusiones y
Calentamiento global en la abundancia.
Recomendaciones.
Colombia. Por falta de bosques con el
Glaciares y Desiertos.
Colombia, país de humedales agua al cuello.
amenazados. Gobernanza forestal para la Riesgos para el agua en la
Colombia Tropical ¿y el agua? ecorregión andina. ecorregión cafetera de
Contaminación, deforestación y Huella hídrica en Colombia. Colombia.
descontrol hídrico. Las hormigas: cruciales en el Un SOS por la bambusa
Cultura del agua en los ríos ecosistema. guadua.
urbanos. Textos “verdes”.
128
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 5
CLASIFICACIÓN DE SUELOS.
Resolver un problema de geotecnia supone conocer y determinar las propiedades del suelo. Por
ejemplo:
1) Para determinar la velocidad de circulación del agua en un acuífero, se mide la permeabilidad del
suelo, se utiliza la red de flujo y la ley de Darcy.
2) Para calcular los asentamientos de un edificio, se mide la compresibilidad del suelo, valor que se
utiliza en las ecuaciones basadas en la teoría de la consolidación de Terzaghi.
3) Para calcular la estabilidad de un talud, se mide la resistencia al corte del suelo y este valor
permite construir expresiones de equilibrio estático.
En otros problemas como los vinculados con los pavimentos, no se dispone de expresiones racionales
para lograr soluciones cuantificadas. Por esta razón se requiere una taxonomía de los suelos, en
función de su comportamiento, y eso es lo que se denomina clasificación de suelos, desde la óptica
geotécnica.
Agrupar suelos por la semejanza en los comportamientos, correlacionar propiedades con los grupos
de un sistema de clasificación, aunque sea un proceso empírico, permite resolver multitud de
problemas sencillos. Eso ofrece la caracterización del suelo por la granulometría y la plasticidad. Sin
embargo, el ingeniero debe ser precavido al utilizar esta ayuda valiosa, ya que las soluciones a
problemas de flujos, asentamientos o estabilidad soportados sólo en la clasificación, puede llevar a
resultados desastrosos.
Las relaciones de fases constituyen una base esencial de la Mecánica de Suelos. El grado de
compacidad relativa de una arena es seguro indicador del comportamiento de ese suelo. La curva
granulométrica y los Límites de Atterberg, de gran utilidad, implican la alteración del suelo y los
resultados no revelan el comportamiento del suelo inalterado o in situ.
Los suelos granulares o finos, según se distribuye el material que pasa el tamiz de 3’’ = 75 mm; el
suelo es denominado “fino” cuando más del 50% pasa el Tamiz número 200 (T 200), como se observa
en la curva C de la figura 3.9. Si no ocurre, el material es “granular” y será grava o arena.
Prefijos
129
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En donde:
CARTA DE PLASTICIDAD T: Tamiz
70
Cu: Coeficiente de uniformidad
60 Cc: Coeficiente de curvatura
Índice de plasticidad (Ip)
50
Prefijos Sufijos
130
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CARTA DE PLASTICIDAD
NOTA: G = gravel; W = 30
well; C = clay; P = poor; CH
F = fair; M = mud; S =
0 MH
0 10 20 30 40 50 60
Límite líquido (LL)
CL-ML ML
Este sistema propuesto por Arturo Casagrande (1942) lo adopta el cuerpo de Ingenieros de EE.UU.
en los aeropuertos y actualmente, es ampliamente utilizado en el mundo, al lado del sistema de la
AASHTO o el de la ASTM, todos basados en los LIMITES Y LA GRANULOMETRÍA.
Se han definido, para gravas (G) y arenas (S), la situación W o P de acuerdo a dos coeficientes: C u y
Cc (Sección 3.4) ¿cuándo se dice que es GM, GC, SM o SC? (ver la carta de plasticidad de la figura
5.1A)
131
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a) GW, GP, SW, SP exigen que MENOS del 5% del suelo pase el T 200
b) GM, GC, SM, SC exigen que MAS del 12% del suelo pase el T200
tratamiento en obra
Resistencia al corte
Sobresaliente +++
Compresibilidad
Permeabilidad
Muy alto ++
Facilidad de
Alto +
Moderado m
Deficiente -
Bajo --
Muy bajo -- -
132
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− Ejercicio 5.1
Con base en las curvas de gradación de la Figura 3.8, en el ejercicio 3.1 y demás datos, clasificar
esos mismos suelos.
Suelo A: Suelo granular sin finos (67% de la fracción granular se retiene en el T 4 = 4,75 mm); Cu
= 50 y Cc = 2 GW
Suelo B: Suelo granular sin finos (33% de la fracción granular se retiene en el T 4 = 4,75 mm); Cu
= 2,4 y Cc =1,1 SP
Suelo C: Suelo fino–granular (45% de este suelo se retiene en el T 200 = 0,075 mm). Se agregan
como datos nuevos que: L = 40%; P = 18%; IP = 22%; como LL < 50; IP > 7 (Sección 5.1)
CL
Suelo D: Suelo fino–granular (más de la mitad, 61%, pasó el T 200). Se agrega que LL = 65 y que
IP = 20, como LL > 50, la plasticidad es alta y como IP = 20, está bajo la línea A. De acuerdo a la
CARTA, dos posibilidades MH u OH, para evaluar los datos de campo. Y esa evaluación MH
Este es el sistema del Departamento de Caminos de U.S.A., introducido en 1.929 y adoptado por la
“American Association of State Highway Officials” entre otras. Es de uso especial para la construcción
de vías, en especial para manejo de subrasantes y terraplenes.
Los grupos de suelos son 7, subdivididos en otros más (para llegar a 12)
133
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
b) Suelos fino granulares (grupo limo arcilla): más del 35% pasa el T-200
A-4 si IP 10 (limo) y LL 40%
A-5 si IP 10 (limo) y LL 41%
A-6 si IP 11 (arcilla) y LL 40%
A-7 si IP 11 (arcilla) y LL 41%
En consecuencia: A-1 = cascajo y arena; A-3 = arena fina; A-2 = cascajos y arenas limosas o
arcillosas; A-4 y A-5 suelos limosos, y A-6 y A-7 suelos arcillosos
A-1 y A-3 son suelos excelentes y buenos, A-2 buenos y moderados, y A-6 y A-7 son suelos de
moderados a pobres.
Permeabilida
Terraplenes.
pavimentos.
Capilaridad.
Elasticidad.
Sub bases.
Cambio de
volumen.
Bases de
Suelos.
Grupo
Valoración
d
escala.
A-1 ++ -- - -- - ++ ++ ++ + Sobresali
+ ente.
+
A-2 - ++ + m - M + + Muy alto.
+
A-3 + - -- - + + + + Alto.
A-4 - + +- ++ - - +- m Moderad
+ o.
A-5 - m ++ ++ -- - - -- - Deficient
+ e.
A-6 -- - - ++ ++ -- -- - -- Bajo.
A-7 -- m ++ ++ -- -- -- -- - Muy
bajo.
134
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
N = 25 golpes, da LL = 33,7%.
( − i ) (31.1 − 37.1)
Fi = Fi =
( )
j
.
N log 34
log j 17
Ni
− Ejercicio 5.3
Buen Contenido
Pasa el 4 y Pasa el 4 y
Observación contenido despreciable de
retiene el 200 retiene el 200 IP = 20
adicional de materia materia
60% 90%
orgánica orgánica
R/ OH SC SW – SM MH SP – SM
135
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Nota: en este ejercicio, es fundamental utilizar la Carta de Plasticidad en los suelos finos y los criterios
de gradación en suelos grueso-granulares – máximo si hay suelos de FRONTERA
− Ejercicio 5.4
Suel
A B C Suelo A B C
o
T4 ---- ---- 69,3 T100 ---- ---- 19,8
136
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Ejercicio 5.6
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Humedad (%)
Humedad (%)
44,0 125,0
42,0 120,0
4 - - - 100% y = -0,1631x + 47,385 4 - - - 100% 115,0
200 27,0 24,1% 24,1% 75,9% 40,0 y = -0,6319x + 136,44
10 20 40 200 157,5 91,4% 91,4% 8,6% 110,0
-200 84,9 75,9% 100,0% Número de golpes 10 20 40
-200 14,8 8,6% 100,0% Número de golpes
***
La gran cuenca Magdalena-Cauca, con una extensión de unos 250 mil km cuadrados,
equivalentes al 24 % del territorio continental del país, baña 11 departamentos de Colombia:
Magdalena, Atlántico, Bolívar, Cesar, Antioquia, Santander, Boyacá, Cundinamarca, Caldas,
Tolima, y Huila, en los cuales vive el 80 % de la población colombiana y se produce el 85
% del PIB nacional y el 90% de la hidroelectricidad; súmense a los anteriores
departamentos, Cesar, Bolívar y Sucre bañados por el río San Jorge, y Quindío por el río La
Vieja.
Si para la carga hasta 1930 el vapor fue el principal medio de transporte, en 1940 el modo
carretero responde por el 40% contra 30% del ferroviario y 30% del fluvial, y en 2000 el
modo terrestre sube a 65%, contra el 30% del ferroviario y 5% del fluvial.
En la gran cuenca, la corriente principal la conforman el Río Magdalena (1,613 km), el Canal
del Dique (114 km) y el curso bajo del Río Cauca (187 km). Pero para valorar el daño, basta
señalar que, de 1990 a la fecha, la pesca del Magdalena se ha reducido de 80 mil a 7 mil
toneladas anuales. El caudal en la desembocadura, que en promedio es de 7.200 m3 por
segundo, varía desde 10.287 m3/s en invierno a 4.068 m3/s en verano.
Asumiendo desafíos
139
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen: Evolución del delta del Magdalena (www.researchgate.net), y Canal del Dique
(ANI-El Herraldo).
La fauna y flora, al igual que poblados que ayer eran puertos y hábitat de comunidades de
pescadores de la cuenca Magdalena–Cauca y que han debido abandonar su oficios, han
visto las consecuencias del desarrollo industrial en Colombia surgido a principios del siglo
XX, afectando el ambiente a lo largo del Río Grande, que transitando por biomas de regiones
diversas y distantes, y que pese a estar beneficiado por un clima bimodal, padece problemas
de regulación hídrica y climática, calidad del agua y pervivencia de los ecosistemas.
Aún más: el cambio climático y uso conflictivo del suelo en la Región Andina, además de
plantear amenazas importantes para la biodiversidad, afectando la distribución de especies
a diferentes escalas en un escenario complejo con ecosistemas fragmentados, son hechos
que invitan a incluir rasgos espaciales diferenciados que propicien una necesaria evaluación
adecuada para la identificación temprana de los escenarios de riesgo, con sus dinámicas
espacio-temporales, y de los factores específicos que inciden en la amenaza para los
ecosistemas amenazados y vulnerables, como para los pobladores ribereños expuestos a
sequías e inundaciones en el territorio de la macrocuenca.
140
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El territorio
Ahora que estamos advirtiendo una gestión relevante del Ministerio Público en casos
ambientales emblemáticos como el Río Grande de La Magdalena, debemos subrayar que la
Procuraduría, ente creado hace 90 años, por primera vez en Colombia ha mirado a lo largo
y ancho del país cada territorio como una construcción social e histórica, y por lo tanto,
como un constructo cultural, tal cual lo ha hecho la Corte Constitucional al haber reconocido
como un sujeto de derechos bioculturales al río Atrato mediante Sentencia T-622 de 2016 y
a la Amazonía en Sentencia STC3460 de 2018.
Pero si en la cuenca se han perdido tres cuartas partes de los bosques de niebla, cuya
extensión llegó a 9,7 millones de hectáreas, la deforestación no para: pese a que
actualmente sólo resta menos del 10% de los bosques que existieron inicialmente, al 2013
en la Región Andina se deforestaron 25 mil hectáreas equivalentes al 16% de la
deforestación del país. Todo esto se traduce en una erosión que explica una carga de
sedimentos de 150 millones de toneladas año en el Magdalena, asociada a una tasa de 690
ton/km2/año1 superior a las tasas del Amazonas (167 ton/km2/año1) y Orinoco (158
ton/km2/año1) según Juan Darío Restrepo (2005), lo que se expresa en grandes impactos
socioambientales y económicos para el Caribe: además del daño causado en el sistema de
ciénagas de la Depresión Momposina propiciando inundaciones en el Atlántico y daños en
el Canal del Dique, causando la muerte de corales en los arrecifes de Islas del Rosario, de
los que sólo queda el 20%.
La característica contrastante a lo largo de los tramos distales del Magdalena, son sus
cuerpos de agua casi permanentes en llanuras aluviales, donde la sedimentación puede
estar en la forma de sedimentación léntica difusa (aguas estancadas), deltas de llanuras
aluviales y canales desarrollados por extensión de diques subacuáticos. No obstante, las
intervenciones
El canal del Dique, bifurcación artificial de 115 km de larga y 100 m de ancha construida en
el siglo XVI para conectar Cartagena de Indias con Calamar, en el que las obras e
intervenciones acometidas desde 1571 hasta 1984 cuando se reducen de 93 a 50 las curvas,
amplía el fondo de 45 a 65 m y profundiza a 2,50 m, no han cesado, e incrementando el
caudal medio de 350 m3*s a 540 m3/s, con grave impacto ambiental. Los dragados de
141
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ahora que se propone rectificar el canal y dotarlo de esclusas en Calamar y Puerto Badel
previendo profundizarlo 3 m y encausar 500 m3/s, deberá considerase el revestimiento de
sus paredes para reducir el riesgo erosivo y las trampas de sedimentos para proteger los
ecosistemas marinos afectados.
Humedales
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El IDEAM al evaluar la dinámica fluvial del cauce del río Magdalena entre Barrancabermeja
y Bocas de Ceniza, para los años 2001 y 2002 encontró que, durante el período 1980-2000,
el tramo de 600 km presentó cambios en su trazado y dinámica. Allí, se identificaron como
inestables los sectores de Casabe-San Pablo, por alta migración de barras e islas; Pinto-
Zambrano, por alta migración del curso y recorte de curvas por fuerte dinámica sinuosa y
meandriforme; y San Pablo-Bodega Central, por la moderada sinuosidad que favorece el
movimiento del curso del río. Y con comportamiento estable, los tramos de Zambrano-
Calamar, donde las colinas confinan el cauce del río; Calamar–Bocas de Ceniza, donde los
altos diques controlan el río y reducen su migración; Bodega Central–El Banco, por la
ocurrencia de cursos sinuosos y poco móviles; y El Banco–Pinto, por moderada sinuosidad
y mínima movilidad del curso.
Y en cuanto a los humedales, debe advertirse que los de la Depresión Momposina están
siendo transformados en la periferia hacia agroecosistemas, debido a la expansión de la
frontera agrícola y ganadera, ocasionando el fraccionamiento y alteración de su dinámica
hídrica (Mavdt, et al., 2003). Este fenómeno es visible en varios de los humedales de la
cuenca del Magdalena formando un patrón constante de acortar las márgenes de estos
cuerpos de agua. No podemos olvidar que los humedales son de gran importancia no solo
por la regulación hídrica, sino porque los ecosistemas de los ríos neotropicales dependen de
las llanuras aluviales de desborde, de los lechos de aguas máximas y de los humedales
asociados, zonas de inundación de donde los ecosistemas acuáticos adquieren la biomasa
que les permite poseer la riqueza de especies de peces.
Entre los cuatro principales estuarios de Colombia, dos están relacionados con la Cuenca
del Magdalena, las desembocaduras de los ríos Magdalena, y del Canal del Dique; en la
primera zona, la principal laguna costera del país, la Ciénaga Grande de Santa Marta, con
una extensión de 450 km2; la segunda zona la Bahía de Cartagena con 82 km2 de superficie,
que se comporta como un estuario debido al aporte de agua dulce del Canal del Dique.
Además, la presión más importante sobre los humedales se realiza sobre los pequeños
cuerpos de agua y en los sistemas de oríllales y diques naturales, que tienden a desconectar
los ríos de sus llanuras aluviales de desborde. En el bajo Magdalena, esta situación
conflictiva se hace especialmente notoria. Como evidencia, el mal manejo puede llegar a
situaciones tan extremas como la de la Ciénaga Grande de Santa Marta, albufera declarada
Patrimonio de la Humanidad en 1998, que tiene flujos tan encauzados y controlados por los
propietarios de los predios de la zona, que en años de extremo control llegaron a producir
la salinización de los bajos y del cuerpo mismo de la ciénaga, causando problemas
ambientales severos, aún para la productividad de sus predios.
143
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
sino también en la regulación de los ciclos hidrológicos y por lo tanto en la amenaza por
inundaciones y sequias ya exacerbadas por el cambio climático.
Manejo socio-ambiental
Aunque la Ley 161 de 1994, reglamenta la Corporación Autónoma Regional Del Rio Grande
De La Magdalena –Cormagdalena- y le define sus funciones, patrimonio y otras obligaciones,
lo curioso de este país es que el Plan Maestro del Magdalena elaborado en 2015, y cuyos
tópicos fueron la navegación y mejoramiento del canal del río, aprovechamiento de riberas
y recursos pesqueros, generación hidroeléctrica, uso del suelo y en particular de la tierra,
recreación y gestión integrada, se le encomendó a Hidrochyna, en su jurisdicción. Allí, sin
que mediara consulta alguna con los actores primarios, definió y priorizó proyectos en un
área de planificación de 69,400 km2 de 129 municipios, lo que representa el 26% de la
Cuenca, donde al 2010 habitaban 6 millones de colombianos o sea el 17% de la población
de la gran Cuenca.
Como ente corporativo especial del orden Nacional, (y de acuerdo a la Ley 161 de 1994),
Cormagdalena “está investida de las facultades necesarias para la coordinación y supervisión
del ordenamiento hidrológico y manejo integral del río Magdalena”, por fortuna, en 2017, el
país retoma la agenda y formula el Plan de Ordenamiento y Manejo Integral de la Cuenca,
con su Plan de Manejo y de Aprovechamiento PMA, y el respectivo Órgano Colegiado de
Administración y Decisión -OCAD- del Río Magdalena y Canal del Dique. Lo anterior, obliga
a reconocerle a Cormagdalena que desde 1999, venía formulando el Plan de Ordenamiento
y Manejo Integral de la Cuenca del Río Grande de la Magdalena -POMIM-, en fases
progresivas, como instrumento para formular objetivos de coordinación y armonización, y
para establecer lineamientos de política y estrategias para la formulación del Plan de
Ordenamiento. ¿Por qué no aprovechar a fondo el POMIM, que contemplaba un elemento
de ordenamiento hidrológico y otro de coordinación con las CAR y MASD como instituciones
encargadas de la gestión medioambiental, para enfrentar la deforestación como causa de la
sedimentación?
144
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Colombia debe conectar mediante el tren las cuencas del Cauca y Magdalena, y buscar la
consolidación de un corredor logístico que partiendo del Orinoco y pasando por el Altiplano
y La Dorada, a través de viaductos y túneles para una línea férrea por la variante
Loboguerrero, llegue al Pacífico Colombiano. Si hemos propuesto expandir la hidrovía del
Magdalena y el corredor del Cauca integrando a Urabá con Buenaventura, también
deberíamos conectar por tren ambos escenarios, para poder acceder desde el Altiplano
nuestros mares. La locomotora del carbón andino exportado, es la clave no sólo para
garantizar la carga sino y sobre todo para financiar la expansión ferroviaria aquí propuesta.
Epílogo
la pérdida de zonas boscosas de las rondas del río en el bajo Cauca y en especial en el
Magdalena, facilitando la erosión de orillas en el cauce, y de bosques en las vertientes
alterando la regulación hídrica y pluviométrica, por qué no preguntar: ¿qué acciones
planificadas e integrales existen y cuáles son los indicadores que las soportan, para prevenir
el grave impacto generado?
Si bien se requiere un plan de dragado compartido y conocido por los actores, se debe hacer
un seguimiento técnico para valorar resultados a la luz de los objetivos del dragado y la
gestión del contratista. Igualmente, la autoridad ambiental debe proceder de forma similar
para prevenir los impactos y dinámicas de la agricultura y la ganadería, no sólo previendo
la contaminación asociada a insumos del sector, sino también la expansión de hatos y
cultivos modificando de forma directa o indirecta la dinámica fluvial, ya con la destrucción
del bosque, ya con el cierre de caños y el secado de humedales.
Una declaratoria que priorice al río Magdalena como uno de los escenarios más
representativos en la historia del país, debería partir del concepto del territorio como sujeto
de derechos. Si su cuenca es el hábitat donde se dan nuestras relaciones con el medio
andino tropical, también el río, pese a haber sido fundamental como ruta de acceso para la
ocupación del territorio, y como medio para la consolidación de la nación durante el siglo
XIX, hoy víctima del olvido se encuentra degradado y contaminado.
Amparar sus derechos ambientales, es darles primacía a sus 50 mil pescadores, y a los
humedales y bosques secos que lo circundan, no sólo para ponerle límites a las
intervenciones que buscan alterar su vaguada y los humedales como ecosistemas vitales,
sino también para ordenar el cumplimiento de las acciones que demanda su recuperación
integral. Un territorio es una construcción social e histórica y no un simple espacio de
transformaciones. En él va surgiendo la cultura como fruto de las relaciones dialécticas de
simbiosis y parasitismo, entre dos sistemas complejos: el social y el natural.
Siendo el Magdalena nuestra principal arteria fluvial y el más emblemático río del país, dada
su complejidad ecológica, habrá que tomar las previsiones en cada zona: en el ecosistema
costero, el impacto de la turbidez sobre los corales, mitigando el efecto de aguas turbias
con el nuevo canal del Dique; en la cuenca baja el perjuicio de desligar el canal navegable
de los complejos de ciénagas, cerrando caños para el desarrollo de obras y expansión de
cultivos y hatos; en el Magdalena Centro y Medio la importancia de un dragado como obra
pública para prevenir el sistema de peajes; y en la cuenca alta, propiciar la extensión de la
146
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
***
¿Ecocidio o desarrollo?
Imagen. Tribugá: Ensenada y Zonas de pesca. Mar Viva y el Espectador. (Adaptado GDE).
Ante el hundimiento del proyecto del puerto de Tribugá que se pretende construir en una
importante y frágil ensenada y al margen del PNN de Utría comprometiendo su complejo y
147
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
singular ecosistema selvático y costero, por los daños ambientales y culturales que
ocasionaría al Chocó biogeográfico, desde la Universidad Nacional de Colombia y la SMP de
Manizales, hemos venido proponiendo la creación de un ferrocarril interoceánico para
conectar los océanos Atlántico y Pacífico como complemento al canal de Panamá.
La Universidad Nacional y la Sociedad de Mejoras Públicas de Manizales, consideramos que
90 kilómetros al norte de Tribugá, en el Pacífico colombiano, se encuentra el Golfo de Cupica
que ofrece una alternativa estructuralmente diferente a la de un puerto como el que se
contempla, ya que favorece un paso transoceánico más corto, siempre y cuando se
construya el Ferrocarril Verde Urabá-Cupica, complementado con la Hidrovía del Atrato.
Un paso interoceánico, alternativa a Tribugá.
148
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen: Ferrocarril Urabá-Cupica e hidrovía del Atrato – Dinámica del comercio y tráfico
marítimo vs PIB mundial, mostrando que el crecimiento del comercio mundial casi
duplicando el del PIB, hace viable este proyecto marítimo concebido como un
complemento al paso de mercancías por canal Panamá.
Por lo anterior, si se busca ofrecer un verdadero desarrollo que parta del enorme potencial
pesquero del Pacífico colombiano, se debería dotar a la comunidad con plantas de
procesamiento de mariscos y pescados, sistemas de energía, refrigeración y
comunicaciones, y de programas de formación y capacitación, para generar decenas de
miles de empleos dignos y emprendimientos locales en todo el Andén Pacífico, lo que
incluiría a Tumaco.
Y sobre la viabilidad de la alternativa propuesta, gracias a la ubicación geoestratégica del
país, habrá oportunidades para que Colombia construya un paso de cabotaje desde el
complejo portuario antioqueño hasta Cupica en lugar de Tribugá. Nuestro país puede
aprovechar las limitaciones del canal de Panamá, cuyas esclusas deben reutilizar el 40 por
ciento del agua, y el hecho de que el comercio contenedorizado ha crecido en el largo plazo
a tasas que varían entre 1,5 y 2 veces el PIB global.
Ver: Andén Pacífico Colombiano: ¿otro puerto?.
Colombia: cuida y mira a tus océanos.
Colombia frente a las rutas de los océanos.
Colombia y sus mares: ¿puertos en el Pacífico?
Deuda histórica con el Pacífico Colombiano.
Pacífico biogeográfico y geoestratégico colombiano.
Urabá frente a los mares de Colombia.
***
149
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
***
ENLACES U.N:
Albert Einstein en los cien El Río Grande en la Audiencia La astronomía de los Muiscas
años de la Teoría de la Ambiental Caribe. a la Colonia.
Relatividad.
Elementos de Astrofísica y Las La Astronomía en América
Astronomía en América Estrellas. Precolombina.
Precolombina.
Ferrocarril Interoceánico La astronomía en Colombia:
Astronomía en la Edad Media Verde para Colombia. perfil histórico.
y el Renacimiento.
Ferrocarril Cafetero: un tren La Comisión Colombiana del
Café y Cambio Climático. andino para integrar el Espacio CCE.
territorio.
Cambio climático y La cosmología de Stephen
sustentabilidad del territorio. Ferrocarriles: integración y Hawking.
progreso para Colombia.
Cosmografía: cómo observar La Luna.
el cielo. F J de Caldas y J Garavito
Los albores de la civilización.
Armero.
Cultura y Astronomía (CyA)
Misión de Sabios de Caldas:
Guía astronómica.
De la aldea cafetera a la encuesta.
ciudad fragmentada. Historia de la Astronomía:
Otra vez El Niño: ¿cómo
Edad Media y Renacimiento.
Dimensión Socioambiental del adaptarnos?
Río Grande de La Magdalena. Ingeniería, incertidumbre y
Revolución urbana, desafío
ética.
Educación rural en Colombia. para el Eje Cafetero.
Introducción a la economía del
Educación: una visión Río Magdalena: Historia y
transporte.
prospectiva. Derechos Bioculturales del
Galileo: el conflicto entre la Territorio.
El camino a las estrellas.
razón y el poder.
Tiempo geológico.
El campesino colombiano,
Isaac Newton: de Grecia al
como sujeto histórico y Tiempo y Calendarios.
Renacimiento.
multicultural.
Vías lentas en el corazón del
José María González
El inestable clima y la crisis del Paisaje Cultural Cafetero.
Benito (1843-1903)
agua.
150
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 6
Es la propiedad de un líquido en la interface “líquido – gas”, por la cual las moléculas de la superficie
soportan fuerzas de tensión. Por ella, una masa de agua, acomodándose al área mínima forma gotas
esféricas. La tensión superficial explica, el rebote de una piedra lanzada al agua. La tensión superficial
se expresa con T y se define como la fuerza en Newtons por milímetro de longitud de superficie, que
el agua es capaz de soportar.
6.2 Capilaridad.
NOTA: El tamaño de los poros del suelo
es /5, en suelos granulares.
A
R C
151
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Sean: hc= altura capilar de ascenso del agua, en un tubo de radio estrecho R, parcialmente
sumergido. es el ángulo que forma del menisco con el tubo capilar. T = tensión superficial dentro
del tubo capilar. El agua asciende en contra de la presión UW, a la que se suma la presión atmosférica
sobre toda la superficie del fluido. Pa= presión
atmosférica (el aire pesa), que se compensa.
-Z
SFV = 0; para Pa = 0
U hc
2R * Tcos + UW * R2 = 0 = SFV;
Despejando U Pa=0
D
− 2T cos − 4T cos
U = = (6.2) +Z
R D
Figura 6.3 Esfuerzos en un tubo capilar
Pero U = -hc vertical
4T cos
hc =
D
Como en agua
grf
= 1, cm3
0,03 (m)
hc = ( 6.3) y en aire y agua
D ( mm) grf
T = 0 ,074 cm
si la temperatura es 20
Para D = 0,1 mm, hc vale 0,3m. Sihc =ra0°, elrb radio del menisco es el mismo del tubo. Llamemos “r”
al radio del menisco.
A B C D
ra
rb
A = Tubo de referencia con ra
hc
B = Tubo corto. rb > ra; (UA > UB)
C = El agua no puede ascender por el
Pa=0 ensanchamiento del tubo.
A B C D
D = Tubo llenado por arriba.
152
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Dos fuerzas: Adsorción entre las partículas activas del suelo y el agua y las fuerzas osmóticas,
propias de la fase líquida y explicada por el potencial del agua debido a la presencia de solutos en
solución que pueden ser especies inorgánicas o componentes orgánicos, explican la capilaridad de
las arcillas. En la adsorción influyen la adherencia y la tensión superficial.
Potencial de humedad o succión (pF): Es la máxima tensión (H en cm) que ejerce el esqueleto
mineral del suelo sobre el agua de los poros. Como la
si H = 10000cm resistencia a la tensión del agua es 2000 MN/m2, el valor de
P = log H ( cm ) pFmax = 7 (equivale a H = 1000 Km = 107 cm).
F p =4
F
Cuando existe diferencia en el potencial de humedad (p F), se
produce flujo de agua aunque no exista cabeza hidráulica. El agua así, pasará de regiones de bajo
potencial de humedad (pF) hacia las de alto pF. Cuando ambas igualen el pF, el flujo continuará hasta
que se igualen las diferencias de altura.
6.1.3 La contracción y expansión en las arcillas: en los suelos arcillosos pueden ver alterados
su volumen y su parámetro de cohesión así: consideremos un tubo horizontal.
L1 1
ri = Radio del menisco (variable).
R1 r1 1
Ri = Radio del tubo elástico (variable).
L2 2 Li = Longitud del tubo con agua (variable).
R2 r2 2 i = Ángulo del menisco con el tubo (variable).
L3 3
R3 r3 3
Cuando el tubo elástico pierde agua, pierde longitud; L1>L2>L3 en consecuencia pierde diámetro,
R1>R2>R3; de esta manera 1>2>3, lo que significa que el menisco tiende a desarrollarse mejor
y el ángulo tiende a cero ( → 0°) en virtud de la pérdida de agua.
153
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
R
U
hc = = 592cm = 5,92m
W r = Radio del menisco
R= Radio del tubo
R= r cos
Ejercicio 6.2. Figura E 6.1 Relación entre radios.
154
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
− 4T − 4 * 0,074
gr
cm − 0,3 gr gr 1 = 0
UW 1 = = = = −30 (*)
cm 2 cm 2
D1 0,01cm 0,01 R1 = r1
− 4T − 0,3 gr
UW 2 = = cm Pero el punto 2 está 20 cm abajo :
D2 D2
Si se planea el equilibrio del sistema. Como las tensiones son negativas, tensión 1 < tensión 2:
gr 0,30 gr gr
30
cm 2
− cm = 20cm * W y W = 1
cm3
D2
D2 = 0,03cm
La masa de agua evacuada por escorrentía y la precipitación, permiten establecer dos parámetros
Coeficiente de Circulación Aparente (CAP) y [ESC – PRE], dados por:
ESC
= CAP ; [ESC – PRE] = INF + EVAPOTRAN
PRE
del terreno: en suelos arenosos se infiltran grandes volúmenes de agua, en una red kárstica la
infiltración será total y la circulación interna muy localizada. La cobertura vegetal protege el suelo,
incrementa los tiempos de concentración, conserva la plasticidad y la humedad de los suelos, favorece
la evapotranspiración y contribuye a la infiltración. Las pendientes bajas de las laderas incrementan
la infiltración, así como las áreas donde la pendiente de la ladera se reduce.
Figura 6.7 Deslizamiento por lluvias Figura 6.8. Deslizamientos con planos de falla
acumuladas. Las aguas se infiltran a superficiales. Estos movimientos en masa
profundidades mayores y activan movimientos fueron activados por una lluvia torrencial de
en masa que involucran volúmenes grandes de 140 mm en 4 horas. (Carlos E. Escobar P.)
suelo. (Carlos E. Escobar P.)
ación
ZONA DE
Zona de
retención o
goteo
Franja capilar
NAF
ZONA DE
VERAN
SATURACIÓN
O
156
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
I AGUAS ESTABLECIDAS
Aguas ocluidas en los minerales y
Agua de porosidad,
en las rocas FUENTESY
Aguas de constitución y de infiltración, CAPAS
cristalización percolación
Aguas de hidratación
Aguas de cavernas EXURGENICA S Y
• II AGUAS LIBRES RESURGENCI AS
Aguas de penetracóndebido y fisuras
Agua de fallas
a escorrentías a la presión de
CAPAS
y fracturas
lagos, mares, etc.
Aguas de condensación Agua fósil o
CAPAS
procedentes de capas connata
superficiales o profundas Agua vadosa o
o del aire mismo geotermal
Aguas termales CAPAS
juveniles O
Agua magmática FUENT ES
Aguas de profundidad
Agua de reacción
2H2 + O 2
VAPORES O
Aguas volcánicas FUENTES
Acuicludo: masa de roca o suelo relativamente impermeable que puede absorber agua lentamente
pero que no permite su flujo con la velocidad suficiente para abastecer pozos o manantiales.
3
Hoyos P. F, GEOTECNIA, Diccionario básico. Universidad Nacional de Colombia. Hombre Nuevo Editores
157
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Acuitardo: capa o estrato confinante que retarda pero no impide completamente el flujo de agua
hacia o desde un acuífero vecino. Un acuitardo no entrega rápidamente agua a los pozos o
manantiales, pero puede servir como una unidad de almacenamiento del agua subterránea.
Acuífero: masa de roca o suelo suficientemente permeable para permitir el flujo de agua y su
extracción económica por medio de pozos o su descarga en manantiales y ríos.
Acuífero confinado: acuífero limitado por capas impermeables o por capas que tienen una
permeabilidad substancialmente menor que la del acuífero mismo. En los acuíferos confinados el nivel
piezometrico se encuentra por encima del techo del acuífero. Los acuíferos confinados son la causa
de muchos procesos de inestabilidad de suelos, cuando los estratos de roca fracturada son confinados
por el macizo rocoso sano y el suelo residual. En las excavaciones de proyectos de ingeniería se
intervienen áreas que al ser niveladas se convierten en zonas de recarga de aguas y con ello la
saturación y las presiones piezométricas sobre las unidades de suelo y roca más superficiales.
Acuífero libre: Acuífero en el que la formación permeable aflora en superficie. En los acuíferos libres
el nivel piezometrico coincide con el nivel freático.
Acuífero colgado: aquel que contiene agua libre por encima del cuerpo principal de agua
subterránea y que está separado de ésta por un estrato poco permeable y por una zona no saturada.
Flujo permanente: Flujo perenne o continuo, ocurre cuando las condiciones de borde se conservan
en el tiempo. La dirección de las líneas de flujo es idéntica y la velocidad es constante. Es propia de
los suelos homogéneos.
Flujo transciente: ocurre cuando las condiciones de borde cambian en el tiempo y por lo tanto, la
velocidad y dirección también, aunque no siempre el caudal lo haga. Común en suelos heterogéneos
como los conglomerados. En estos flujos son comunes las presiones piezométricas que contribuyen
en mucho a la inestabilidad del talud o la ladera.
A más de 16 Km de profundidad no existe agua subterránea, ya que las rocas fluyen plásticamente
y los poros están cerrados, como también las fracturas o fallas geológicas. A sólo 6 Km el agua es
poca, aunque las rocas ya son rígidas, porque los espacios están cerrados e impiden la interacción
para establecer el flujo. Sólo a unos 600 m el agua puede ser susceptible de recuperarse con pozos.
Arenisca
Arenisca seca Un acuífero puede estar colgado o no; en este
saturada
NAF colgado primer caso, se tendría un par de NAF: el
Manantial NAF
Arenisca saturada colgado y el NAF general. Los acuíferos
Manantial pueden ser libres o confinados.
Lutita
Acuifero colgado y acuifro libre
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Agua de constitución molecular que se puede remover a altas temperaturas por estar ligada
iónicamente a la estructura molecular.
La otra forma, físicamente enlazada comprende dos clases: agua adsorbida, o higroscópica, y agua
pelicular, ambas en equilibrio electroiónico, pero la primera adherida a la superficie de los minerales
y la segunda en capas más externas, que ordenadamente se establecen o se desprenden.
2. Agua en estado sólido: hielos producto del congelamiento perenne (como en la Antártida) o
semiperenne (caso de Siberia).
3. Agua capilar: (figuras 6.9 y 6.10b) Puede ser angular, si se cuelga en los vacíos y no se mueve
por gravedad, en virtud a la tensión superficial. También la capilar suspendida, que no se comunica
con el NAF y que se mueve o varía por influencia de la evaporación y la lluvia. Finalmente, el agua
capilar elevada, o de la zona capilar, de gran importancia en Mecánica de Suelos, y que está sobre
el nivel de agua freático (NAF).
4. Agua gravitacional: es el agua subterránea propiamente dicha, que ocupa la zona de saturación
y alimenta pozos y manantiales.
Densidad () se define como la masa sobre el volumen y depende de la temperatura. Peso unitario
(W) es el producto de la densidad por la gravedad (*g). Viscosidad dinámica (n): n = xy = Kg/m
seg y es función de la temperatura.
Temperatura ºC 0 10 20
n 1.79 * 10-3 1.31 * 10-3 1.01 * 10-3
=
d −9 2
0,5 * 10 m N Si es con relación al volumen V : β =
(dV V )
dP dP
160
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Porosidad (). Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de las muestra (V V/VT), que
en suelos arenosos es 0,35 < < 0,45 y en turbas o arcillas 0,40 < < 0,85
Porosidad efectiva (e). Se define por los poros efectivos para permitir el flujo, pues descuenta
los poros no interconectados o muy cerrados. En arcillas e << y en arenas e
Grado de saturación (S). Relaciona el volumen de agua con el de los vacíos del suelo (V W/VV), por
lo que 0 S 1, siendo S = 0 cuando T = d y S = 1 cuando T = sat. Además, si A es el grado de
saturación de aire, relación que depende de esta; S + A = 1, pues A = V A/VV y VV = VA + VW.
Existen tres principios en la física que son la conservación de la energía, la conservación del momento
cinético y la conservación de la masa. En los fluidos existen los medios porosos, y un medio poroso
consiste en espacios vacíos y continuos, que garantiza el flujo,
es decir, es permeable.
161
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Que es la llamada ecuación de continuidad y puede escribirse con una pequeña variación en
función de e0, la relación de vacíos.
V V
Si = 0 , flujo permanente; si 0 flujo trasciente
t t
P V2
=Z + + Cabeza total , suma de cabezas de altura Z, de presión P/ y de velocidad
2g
V2/2g.
En suelos con velocidad de infiltración alta, hv = V2/2g < 5,1 * 10-4 cm, por lo que esta cabeza se
desprecia y ayuda sólo la cabeza piezométrica H:
Z = UW/W
162
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Figura 6.13 a
Figura 6.13 b
I PTO CE CP CT
Si denominamos A 0 H H
CE = cabeza de B H 0 H No hay flujo
elevación
CP = cabeza de M hc -hc 0
presión II
No hay flujo
CT = cabeza total N 0 0 0
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ejercicio 6.1.
1,0 m
Calcular la presión de poros (U) en los
puntos A y B, el potencial PA y PB, y el 0,2 m
gradiente hidráulico “i”, entre A y B, para
el permeámetro horizontal de la figura, a 2,4 m
partir de los niveles leídos en los
piezómetros A y B. A B
1,0 m
U A = 9,81 * 2, 6 = 25,5 KN
m2
U B = 9,81 * 2, 4 = 23,5 KN
m2
25,5
PA = +1 = 3, 6 m
9,81
23,5
PB = +1 = 3, 4 m
9,81
DP = PB − PA = −0, 2 m El agua flluye de A hacia B
0, 2 m
i = = 0, 2 Gradiente hidráulico
1, 0 m
Ejercicio 6.2
−3 −3 m3 m3
Q = K * i * A = 5 * 10 * 0, 2 * ( 2 * 2) = 4 * 10 sg = 0, 24 minuto
GRADO DE PERMEABILIDAD
Denominación K en cm/seg
Muy alta <10 -2
Alta 10 -2 - 10 -4
Moderada 10 -4 - 10 -5
Baja 10 -5 - 10 -7
Muy baja 10 -7 - 10 -9
Impermeable >10 -9
Alberto J. Martínez Vargas, 1990
164
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
PERMEABILIDAD DE SUELOS
K= 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9
cm/s
Drenaje Muy Bueno a bueno Malo Impermeable
Capa No apto Poco apto Apto
sello
Suelo Grava y grava arenosa Arena limosa Limoso Arcilloso
Gabriel Márquez Cárdenas, 1987.
***
165
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ciudad, relacionada con el ordenamiento de su territorio, entre otras que se desarrollan con el
soporte de la SMP Manizales.
•El territorio de Manizales, entendido como una construcción social e histórica, es el resultado de las
relaciones dialécticas entre dos sistemas complejos: el de la sociedad del Gran Caldas cuyas raíces
se forjaron durante el proceso de la colonización antioqueña y con el aporte del caucano que se
remonta a La Colonia, y el del medio natural con las características del frágil ecosistema biodiverso
regional, perteneciente al trópico andino, que se ha venido transformando desde mediados del siglo
XIX.
•Las problemáticas y potencialidades socioambientales de la ciudad y de la región, emplazan a la
sociedad civil a establecer un dialogo con el territorio a través de la cultura, para trazar las políticas
públicas e identificar las acciones emblemáticas que prevengan su fragmentación y desestructuración,
y que viabilicen acciones que permitan el desarrollo con sentido humano y responsabilidad ambiental.
El Territorio y la ecorregión
El territorio caldense, en una extensión de 7.888 km2, consta de 27 municipios. Por sectores, la
estructura del PIB de Caldas es: 17% Servicios, 17% Banca, Inmobiliario y afines, 14% Industria,
11% Agropecuario; 7% Construcción, 7% Transporte, 6% Electricidad; 5% Comercio y 16% Otros.
Cuatro de “Los siete mundos de Samoga”, expresan el carácter de nuestra ecorregión:
Pachamama(tierra) representa el occidente minero con Marmato y Riosucio; Bachué (agua), el
recurso hídrico del occidente caldense, tierra de vapores y ranchos de hamacas; Yuruparí (aire), el
aroma de la tierra del café por los dos ejes de la colonización antioqueña, y Chiminigagua (fuego), la
alta cordillera con sus volcanes y fértiles tierras de Marulanda. Los otros tres mundos: Chía (arte)
expresa la cultura de esta ecorregión triétnica; Bochica (lógica), la necesaria articulación entre ciencia
y saberes; y Chibchakum (tecnología), nuestros desarrollos tecnológicos, como el bahareque, la caña
panelera, las obras para el control de la erosión, las artesanías de Riosucio, Aguadas y Marulanda.
La Gente y la caldensidad
Manizales cuenta con 400 mil habitantes, de los cuales 373 mil son urbanos y 27 mil rurales. En
Caldas, cuya población no llega al millón de habitantes, menos de 700 mil habitan en las cabeceras
y 300 mil en el medio rural.
Al surgir en el siglo XX una caficultura de pequeña superficie y alto efecto redistributivo del ingreso,
se acentúa y moldea el carácter definitivo del cafetero colombiano, al crearse una sociedad igualitaria,
donde gravitan dos modos sociales diferentes de explotación minera: en la Colonia, con la minería
de Quiebralomo y Marmato soportada en la esclavitud, y la de Antioquia soportada en el minero
independiente.
Similarmente, ya en el siglo XIX son dos las formas de explotación agraria: una de servidumbre propia
del Estado del Cauca y otra capitalista en la ruta e la colonización por el Estado del Sur de Antioquia,
donde más adelante convergen el carácter emprendedor del antioqueño mostrado por Carlos E.
Pinzón y la mente abierta del caucano de clase media, no afectada por los regímenes de esclavitud
y servidumbre, de quien Francisco José de Caldas es digno representante.
La “aldea de bahareque”
166
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen 2 – 3: Abajo: Manizales en 1864 por Rómulo Duran, en Revista Pregón Nº57 de 1910.
rriba: Manizales de principios del siglo XX, mostrando su nuevo templo de bahareque de 1888.
Centro de Historia de Manizales.
Desde su fundación (1849) hasta el ocaso de la Guerra de los Mil Días (1903), esta “aldea
encaramada” de A. Valencia Llano, vive un período de guerras civiles (1860, 1876, 1880 y 1884), en
el que su economía de subsistencia se soporta en la arriería de miles de bueyes y mulas, el modelo
urbano mantiene la trama reticulada, y su arquitectura, inicialmente de tapia pisada, tras el pavoroso
sismo de 1884, pasa a la del bahareque de tierra, configurado en guadua y arboloco y una mezcla
de estiércol de equinos y limos inorgánicos.
“La aldea refundada”
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Imagen 4-5: Abajo. Manizales en 1916. En amarillo la aldea fundacional. Escuela de Arquitectura
U.N. de Col. Arriba. Manizales 1920. Obra del Maestro Luis Guillermo Vallejo. Mural C. de Comercio.
En un segundo período (1903 a 1930), gracias al grano de oro la economía de la ciudad es de
acumulación; son los tiempos de los vapores, los cables y los ferrocarriles cafeteros, en los que el
meridiano económico de Colombia pasa por la ciudad.
Como consecuencia de los incendios de los años 20 que cobran 34 manzanas y la catedral de 1890,
se emprende la obra más significativa del civismo caldense: La Catedral de Manizales, una estructura
de 106 m de atura en ferro-concreto para una aldea de bahareque.
Con la refundación, el bahareque evoluciona en formas y contenidos conforme surge una arquitectura
ecléctica de tipo republicano, mientras el nuevo modelo urbano ajustado al relieve, avanza a lo largo
de la Avenida Cervantes, hoy Santander, con una trama urbana que, al seguir las curvas de nivel
para resultar más conveniente, abandona la anterior retícula ortogonal de herencia europea.
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Imagen 6-7: Abajo: Manizales en 1930, cuando la ciudad empieza a tomar “forma de cometa”, con
el desarrollo urbano en los entornos de El Carretero. Padre Fabo. SMP de Manizales. Arriba: actual
estructura “satelital” de Manizales, conformada por las ciudadelas que surgen a partir de los años
70.
El tercer período económico, de verdadero desarrollo, es el de “las chivas y jeppaos” que se
corresponde con la irrigación de los beneficios de la caficultura. Con la creación de la Federación de
Cafeteros (1927), mediante el soporte de los Comités se electrifica el campo, se abren las vías rurales
y construyen escuelas y puestos de salud para dotar el medio rural. Pero en 1970, irrumpe la crisis
socioeconómica y ambiental en la zona cafetera, como consecuencia de la Revolución Verde: con el
monocultivo del caturra y de una caficultura basada en productos de base química, los campesinos
que no pueden asimilar los paquetes tecnológicos y financieros de la caficultura moderna, en virtud
de su precario nivel de escolaridad, emigran a la ciudad en busca de oportunidades que tampoco
estarán a su alcance.
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El complejo Ruiz-Tolima, las fallas de los sistemas Romeral, Palestina y Cauca-Patía, el Cañón del
Cauca, el Valle del Magdalena, los ecosistemas de páramo y bosques alto-andinos vecinos a la Mesa
de Herveo, y al Tatamá y Caramanta.
De las siete zonas agropecuarias de mayor productividad del país, cuatro benefician a la región: la
zona cafetera, la alta Cordillera Central, el valle del Cauca y el valle del Magdalena.
En el inventario minero, de 210 explotaciones y yacimientos que posee el Gran Caldas, 120
pertenecen a Caldas y 60 al Quindío. Sobresalen: por el oro el alto Occidente; por el manganeso el
Bajo Occidente; y por calizas, mármoles, uranio y un gran potencial hídrico, todo el Oriente Caldense.
171
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construcción del Paisaje Cultural Cafetero, soportada en una economía cuyo modo de producción es
capitalista, cambio que se debe a la presencia del colono quien reza: “la tierra para quien la trabaje”.
Posteriormente, a esta transformación rural le sucede la urbana caracterizada por un modelo de
poblamiento bien distribuido que se explica por la estructura minifundista de la propiedad gracias al
café y al proceso colonizador, el que se empieza a invertirse a partir de 1970 tras la irrupción de la
Revolución Verde.
172
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Troncal de Occidente y Tren de Occidente), está mal localizada si se trata de persistir con industrias
convencionales; y por quedar en la Q. Manizales presenta severos conflictos ambientales, ya por
amenazas mitigables asociadas al uso conflictivo del suelo en su cuenca, ya por la afectación al
ecosistema con sus vertimientos.
La Zona Residencial, que debe estimarse por su valor estético y paisajístico, muestra que las
urbanizaciones más costosas de la ciudad ocupan el paisaje contaminado de su zona industrial,
afectada por vertimientos industriales. Igualmente, falta desarrollar ciudadelas autosuficientes en
sectores populares como la Enea, La Sultana y Bosques del Norte, bien dotadas de infraestructura
social y productiva, en lugar de expandir el hábitat favoreciendo los apetitos de los urbanizadores e
inviabilizando el sistema de transporte masivo, con severo perjuicio para los sectores populares. La
Zona Comercial, cuya importancia radica en que alberga el Centro Histórico en el que se soporta el
carácter de nuestra ciudad y los edificios institucionales, se ha venido degradando más por la irrupción
del automóvil que por la informalidad. Allí los moradores de los viejos inmuebles, no cuentan con
garantías para mantener el valioso patrimonio arquitectónico e histórico. La Zona de Servicios, que
suele valer por su nivel de equipamiento, debe incrementar el potencial de generación de riqueza de
la ciudad asociado al sector de los servicios: en ella, más que por el número de camas, el sistema de
salud o el hotelero se deben valorar por los servicios que ofrecen para los habitantes locales; y las
Universidades que deben valer por sus programas de PhD, laboratorios y producción científica, se
han venido valorando como centros de docencia por el número de estudiantes que llegan a la ciudad,
y no como centros de investigación y desarrollo.
Imagen 11-12: El verde del café. Banner Revista Civismo SMP y Fotografía de Jaime Duque
Escobar.
Dada la crisis del actual modelo democrático expresada en falta de liderazgo, desestructuración de
los partidos y privatización de la cosa pública:
1. Se debe fortalecer la sociedad civil e implementar los mecanismos de participación ciudadana con
fundamento en el civismo activo, con la civilidad como valor supremo de la cultura urbana.
Dada la crisis socioeconómica que se expresa en pobreza, desempleo e informalidad:
173
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1. Se debe ubicar a las personas en el centro del desarrollo, priorizando la formación de capital social
sobre el crecimiento económico.
2. Se deben implementar políticas de ciencia y tecnología imbricadas con la cultura, para resolver la
brecha de productividad que sume en la pobreza los medios rurales.
3. Se debe consolidar la Ciudad Región del Eje Cafetero, conurbar el territorio y fortalecer el
transporte rural como catalizador de la reducción de la pobreza.
4. Se debe desarrollar un nuevo modelo urbano más verde y más humano, priorizando la
conformación de ciudadelas autosuficientes, descentralizando la infraestructura social y económica,
densificando el medio urbano para desarrollar la movilidad soportada en el transporte masivo y la
peatonalización en lugar del carro.
Dada la amenaza del cambio climático y la falta de políticas públicas ambientales que enfrenten la
problemática de los riesgos en el medio rural y urbano:
1. Se deben ordenar las cuencas, reforestar sus quebradas, implementar la cultura del agua, resolver
los conflictos entre uso y aptitud del suelo y replantear el modelo agroindustrial cafetero desde la
perspectiva ecológica, además de prevenir la especulación del suelo urbano que trafica con la
plusvalía urbana y el uso del suelo.
C2- Gestión ambiental
Entre los temas socio-ambientales emblemáticos para el departamento de Caldas y para su capital
Manizales, las propuestas verdes serían:
1-Una revolución educativa, con un modelo que desarrolle el talento humano, para lograr la
reconversión productiva rural y el desarrollo social.
2- Más bosques y ordenamiento de cuencas, para proteger la biodiversidad y mitigar el impacto del
calentamiento global.
3- El desarrollo de la identidad cultural en la ecorregión, soportado en su carácter triétnico, en el
marco del Paisaje Cultural Cafetero.
4- Macroproyectos como el Ferrocarril Cafetero, el Puerto Multimodal de La Dorada, Aerocafé, la
Transversal Cafetera y el Tren de Occidente para articular al país por Caldas.
5. Un nuevo modelo urbano con “crecimiento hacia adentro”, que descentralice la infraestructura
social y económica, y conurbe el territorio.
6- Salvar el patrimonio material e inmaterial de Marmato y los ecosistemas de la zona de
amortiguamiento del PNN de los Nevados, amenazados por las dinámicas del mercado y enclaves
mineros.
La segunda refundación
Sabemos que la historia de Manizales ha estado marcada por desastres, como: 1‐ Los incendios de
1922,1925 y 1926, que consumieron cerca de la cuarta parte del poblado. 2‐ La erupción del Ruiz en
1985, que sólo en Caldas causó cerca de 2000 víctimas humanas. 3‐ Los terremotos profundos de
1938, 1962, 1979 y 1995, y el sismo superficial de 1999 del Eje Cafetero que causó la muerte a 1185
personas. 4‐ El Niño de 1992 y las Niñas de 2007/8 y 2010/11 con sus devastadoras consecuencias
hidrogeológicas, para el suministro de agua y la conectividad de la ciudad. No obstante, en torno al
civismo, la ciudad logró sobreponerse a estas dificultades al emprender como colectivo una ruta de
aciertos en materia de desarrollos tecnológicos y conceptuales en los temas socioambientales.
174
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Pero si tras padecer guerras, incendios y desastres naturales, pese a su fragilidad la ciudad logró
sobreponerse y salir airosa superando dichas adversidades gracias a un cúmulo de valores hechos
virtudes cívicas, hoy el desafío parece mayor, no solo por la naturaleza ética de la problemática que
padece, sino también por la profunda fragmentación de esta sociedad.
Hoy, cuando el debido uso de los bienes públicos, los derechos de los ciudadanos y el respeto a la
vida se han profanado, los caldenses requerimos enfrentar esa amenaza de mayores dimensiones,
relacionada con la pérdida de valores, que explica problemáticas como la pobreza, la exclusión y la
violencia, además de otras relacionadas con la deshumanización de la economía que explican la
destrucción de la democracia y la privatización del medio ambiente, por los agentes del mercado.
Mientras prioricemos el crecimiento económico sobre la formación de capital social y la sustentabilidad
del medio ambiente, existirán menesterosos habitando las diferentes texturas urbanas y cosechando
los residuos de las actividades citadinas; bienes que son patrimonios como el suelo urbano, el agua
y la biodiversidad mantendrán el carácter de recurso que los hace objeto de explotación al servicio
del mercado.
Además, las dinámicas urbanas, en lugar de redensificar, enverdecer y humanizar el espacio, le
seguirán apostando a dos clases de guetos que desestructuran el tejido social en los escenarios
urbanos: unos carentes de infraestructura donde la vida se deteriora y la inequidad profundiza la
desigualdad humana, y otros constituidos por unidades residenciales cerradas para la clase pudiente
que se aísla y protege de los pobres. Hoy, conforme los antivalores van colonizando la desesperanza,
se acentuará la pérdida de las virtudes ciudadanas, y por lo tanto se fragmentará más nuestra
sociedad.
Mientras persistamos en modelos de ciudades insolidarias y excluyentes, pensadas más para los
carros y para el consumo que para la gente, y en un modelo educativo anacrónico y aburrido que no
desarrolla el talento humano: los más pobres no tendrán opciones de vida y las consecuencias se
harán insostenibles: los programas públicos terminarán fracasando, las intervenciones sociales no
cumplirán su objetivo, se privilegiará el asistencialismo y la corrupción, y se dinamizarán los factores
que deterioran el tejido social y degradan el sistema urbano.
Manizales, 5 de Marzo de 2014.
***
LECTURA 6 B. MANIZALES: CIUDAD DEL TRÓPICO ANDINO EMPLAZADA ENTRE
TORRENTES DE MONTAÑA.
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• Preámbulo
Manizales, cuya identidad erróneamente la asocian a toros, reinas o tangos -sin ser españoles ni argentinos-, por
estar asociada a los procesos de adaptación al ambiente montañoso del trópico andino, podría lograr su identidad
para un posicionamiento ambiental como Ciudad de los Ecoparques, a partir de una estrategia de adaptación al
cambio climático mediada por la apropiación social del territorio, donde los temas vinculantes a la amenaza
climática sean, además de la precariedad de espacios verdes, la bioestabilidad de sus frágiles laderas y el manejo
sostenible del agua para lograr su resiliencia garantizando el aseguramiento de la calidad vida y la conectividad
biológica -máxime cuando la ciudad registra más de un centenar de aves-.
Imágen 1: Manizales: Espacio Público y Estructura Ecológica principal. Fuente, POT de Manizales 2017.
Como fundamentos para la construcción de un paisaje urbano compatible con la cultura y ecológicamente sólido,
la anterior propuesta, de contar con el apoyo de los colectivos urbanos e instituciones de la ciudad, serviría para
que los manizaleños, conscientes de los pasivos ambientales que ponen en riesgo el hábitat, en lugar de permitir
la presión sobre su frágil estructura ecológica asociada al modelo conflictivo de ocupación del territorio, incluya
estrategias socio ambientales participativas de adaptación al cambio climático en la ciudad, para emprender las
acciones que demanda la sustentabilidad del territorio, dando respuesta integral a la vulnerabilidad global del
hábitat.
Ver: La adaptación de la ciudad al trópico andino.
Manizales, ciudad de los ecoparques.
De la aldea cafetera a la ciudad fragmentada.
Fragmentación urbana y clima en Colombia.
176
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Imagen 2: Conflictos por Minería de Tolda Fría en Villamaría- y de obras de urbanismo en La Aurora
afectando a la RFP de Río Blanco
Desde la ciudad falta implementar políticas públicas soportadas en procesos culturales de largo aliento, para
construir un territorio ambientalmente sustentable mediante acciones concertadas que comprendan la gran
cuenca del río Chinchiná y sus haberes hídrico y biótico, bajo la perspectiva de que éstos no son recursos sino
bienes patrimoniales, y donde se contemplen estrategias y acciones para la adaptación al calentamiento global.
Para empezar, si esta fuera “la cuidad del agua”, ya habríamos adquirido las cuencas abastecedoras del vital
líquido, donde los conflictos entre uso y aptitud del suelo abundan, buscando con ello integrar los corredores de
conectividad biológica desde el PNN de los Nevados hasta el Páramo de Sonsón por el Norte y hasta Roncesvalles
por el Sur, buscando conectar los páramos de la Cordillera Central en la Ecorregión Cafetera.
Además, en lugar ríos convertidos en cloacas donde vertemos las aguas servidas de la ciudad, como lo son además
del Chinchiná y Olivares- Guacaica en el caso de Manizales, para estos cuerpos de agua donde las obras de
urbanismo en La Aurora y el Proyecto Minero de Tolda Fría comprometen las fuentes de abastecimiento de agua
para Manizales-Villamaría, aplicaría el principio precautelar para prevenir sus impactos, y desarrollar una
cultura de ríos urbanos orientada a tener cuerpos de agua saludables y sostenibles, empoderándonos de los
procesos de gestión hídrica y ambiental, desde la evaluación y recuperación, hasta el mantenimiento y
conservación de nuestras fuentes hídricas, con sus cuencas y rondas.
• Ver: Minería en Tolda Fría ¿y el agua qué?
• Río Blanco, cuna de vida…
• Los guetos urbanos o la ciudad amable.
• Paramos: ecosistemas vulnerables al cambio climático.
177
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
***
Imagen 3: Laderas Norte y Sur de Manizales. UN – Corpocaldas. Y Lineamiento de rasgos estructurales y
fallas de Manizales. Ingesam-A de Manizales (2007).
Sabemos que la Ecorregión Cafetera y también Caldas, son dos jardines deforestados, donde los potreros
que deberían ser el 5% de la superficie, cubren casi la mitad del territorio, mientras que los bosques que
deberían ser más de la mitad del territorio, apenas son su quinta parte.
De ahí parte la amenaza asociada a la susceptibilidad de los deslizamientos, aunque Manizales ha venido
avanzando en la cultura del riesgo relacionado con la amenaza climática en el ambiente urbano y periurbano de
nuestros frágiles suelos, mediante dos estrategias: la apropiación social del territorio orientada a la mitigación
de la vulnerabilidad global, y la generación de conocimiento sobre la amenaza, por ser vital para la gestión
integral del riesgo.
Para el efecto, en la ciudad se ha expandido a casi medio centenar el número de estaciones del sistema de
instrumentación hidrológico e hidrometeorológico, para el monitoreo telemétrico y en “tiempo real” de las
cuencas urbanas y algunas zonas rurales críticas. También en Manizales, tras los desastres por deslizamientos
derivados de acciones antrópicas, por fortuna la administración municipal ha creado el programa Guardianas de
la Ladera, como una estrategia de empleo con perspectiva de género para grupos vulnerables ubicados en zonas
afectadas o expuestas a deslizamientos, con tres componentes: vigilancia de laderas, limpieza y mantenimiento
de obras, y formación y capacitación.
• Ver: Laderas del Trópico Andino: caso Manizales.
• Manizales debe garantizar protección de laderas.
• Al Bahareque le Fue Muy Bien.
• Bosques: regulación hídrica y pluviométrica.
178
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***
Imagen 4: Áreas protegidas de la Cuenca del Chinchiná, para el Centro Sur de Caldas. Corpocaldas
2015.
Pero igualmente, las comunidades de base vecinas a los escenarios periurbanos, donde podrían existir
unas 4000 viviendas en riesgo por deslizamiento, deben ser capacitadas como guardianas del territorio y
en tecnologías blandas (aviturismo, artesanías, culinaria…) por el SENA, para un proyecto de vida
apropiándose del territorio, el que se dotaría con recursos de la plusvalía urbana y tendría dos ejes
estructurantes: 1- Un sistema de ecoparques con elementos articuladores, tanto físicos como de contenidos
programáticos, y las rondas hídricas urbanas; y 2- Una estrategia de apropiación social del territorio para
crear una cultura socio ambiental, incorporando un programa de educación en 7 comunas del entorno
habitadas por el 62,5% de los manizaleños. El primer elemento, supone en lo físico establecer tres
biocorredores verdes, así: por el Sur, el Cerro Sancancio como nodo vinculado al Jardín Botánico y al Bosque
Popular; por el Norte, Los Yarumos como nodo articulado a Monte León y a la Comuna San José; y por el
Occidente, el Monumento a Los Colonizadores como nodo vinculado con el Ecoparque Los Alcázares-
Arenillo y El Tablazo. La adquisición de Sancancio y de Monte León, además de una senda peatonal verde
para integrar los escenarios, será fundamental al consolidar un sistema de ecoparques que le dé el carácter
a la ciudad.
• Ver: Áreas Protegidas del Centro-Sur de Caldas y PND.
• Manizales: un diálogo con su territorio.
• Plusvalía urbana y POT en Manizales.
• CTS, Economía y Territorio.
• Foro Ciudadano Ambiental 2023 y POT del Río Chinchiná.
179
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
180
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•
Epílogo
Imagen 6: Ecosistemas de los pisos térmicos de Caldas, y Panorámica de la ciudad con Sancancio y el
Ruiz
Para el posicionamiento de Manizales como ciudad tropical, del agua y de laderas -gracias a sus
ecoparques- además de una estrategia educativa incorporando a las comunidades de base, se recomienda
que los asuntos centrales en el marco de la amenaza climática, sean: la Cuenca del Río Chinchiná, la
Estructura Ecológica del territorio, nuestras Frágiles Laderas y el Patrimonio Hídrico, como temas clave
para el mejoramiento en la calidad ambiental soportada en los derechos bioculturales del territorio, y en la
construcción de un paisaje urbano sostenible y resiliente apropiado por los moradores de las zonas
populares vecinas al sistema de áreas protegidas de la ciudad. Lo anterior sería viable si al tiempo se inicia
un proyecto adicional complementario y a mediano plazo, que contemple el aviturismo comunitario, además
de la producción de bienes y servicios artesanales, y el desarrollo de corredores de conectividad biológica
a lo largo de las quebradas de la ciudad, previa recuperación de sus cauces urbanos deteriorados (caso
quebradas La Francia, Manizales, San Luis, La Camelia, El Perro, Marmato, El Mico), además de la
incorporación de obras emblemáticas de bioingeniería que ilustran la evolución de la tecnología incorporada
por Corpocaldas, y del mejoramiento y la estabilidad de las viviendas para saldar los pasivos ambientales
en zonas de riesgo.
181
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
**Gracias.
Contraportada: Cuenca del Río Chinchiná- Amenazas por Deslizamientos e Inundaciones. ODC Idea Unal 2013.
Ad v ertisem ents
REPORT THIS AD
***
*Los autores: Gonzalo Duque Escobar y Claudia Torres Arango, son Profesores de la Universidad
Nacional de Colombia, y además Socios de la SMP de Manizales. Documento del Museo Interactivo
Samoga para el Contexto de CTS de la U.N. de Colombia. Manizales: Sep. 11 de 2023.
---
ENLACES U.N.
Acuerdo sectorial ganadero. Economía colombiana: crisis y Minerales.
Agua y clima en el desafío retos. Nuestros bosques de niebla
ambiental. Eje Cafetero: cambio climático en riesgo.
Aguas subterráneas. y vulnerabilidad territorial. Patrimonio hídrico: carencias
Área metropolitana de El agua en Colombia: glosas. en la abundancia.
Manizales. El desarrollo urbano y Preservación Ambiental e
Cambio climático y gestión económico de Manizales. Hídrica dentro de la
ambiental en Caldas. Gestión y política pública Declaratoria del PCCC.
Clima, deforestación y ambiental, para el Por falta de bosques con el
corrupción. patrimonio natural en agua al cuello.
Colombia biodiversa: Colombia. ¿Regresión ambiental en la
potencialidades y Huella hídrica en Colombia. Reserva de Río Blanco?
desafíos. Huracanes y terremotos: ¿y Riesgos para el agua en la
Colombia, país de humedales cómo está Colombia? ecorregión cafetera de
amenazados. La actividad minera solicitada Colombia.
Colombia Tropical ¿y el agua en Planalto, es Río Blanco, cuna de vida…
qué? incompatible con el medio Ríos urbanos para Manizales.
Crisis y opciones en el Río ambiente. Un pacto con la sociedad y la
Grande de Colombia. La crisis por Hidroituango. naturaleza.
Manizales: El futuro de la Un SOS por la bambusa
Cultura del agua en los ríos
ciudad. guadua.
urbanos.
182
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 7
FLUJO DE AGUA EN EL SUELO
6 ,0 6 ,0
Z Z
D D D
CP
5 ,0
2,0 m
5 ,0
V
CE
4 ,0 4 ,0
C C
C
M,
3 ,0
K,
Dh 3 ,0
T
CT Vi
3,0 m
2 ,0 2 ,0
A=0,5 m2
1,0
B 1,0
B B
1,0 m Z V
0 ,0 Datum 0 ,0 h V*10 -4
A -1 A0 1 2 3 4 5 6
A
6 12
Dh 6
a) Dh = 6m ; L = 3m i = = = 2 (DARCY)
L 3
b) Q = * A = K * i * A = 3 * 10 −4 * 2 * 0,5 = 3 * 10 −4 m (DARCY)
3
sg
c) = K * i = 3 * 10 −4 * 2 = 6 * 10 −4 m sg (velocidad de descarga )
6 *10 −4
d) i = = = 18 *10 − 4 m sg (velocidad de infiltración i)
1
3
183
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Obsérvese que tanto el punto A, como el D, están a presión atmosférica y que interesa el peso del
agua fluyendo hacia abajo, por lo que en CP (de A y B) existe signo negativo, para la columna de 3
metros.
7,0 7,0 Z
E
Z
Dh
6,0 6,0
2,0 m D D
5,0
D
5,0
V
CE
1,0 m
CP CT
4,0 4,0
C C
C
3,0
3,0
, Vi
K, 3,0 m
2,0
T 2,0
1,0
B 1,0
B B
1,0 m Z V
0,0 Datum 0,0 h V*10 -4
A A0 1 2 3 4 5 6 7
A
0 2 4 6
El permeámetro recibe el agua por E; esta fluye ascendiendo por el suelo, entre B y C, para salir por
D. La diferencia de altura o cabeza disponible entre los extremos es de 2m. (El área transversal A =
0,5 m2)
184
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Dh 2
a) Dh = 2 m ; L = 3m i = = = 0,67 (DARCY)
L 3
−4 −4 m3
b) Q = * A = K * i * A = 3 * 10 * 1,5 * 0,5 = 1,0 * 10 sg (DARCY)
−4 −4
c) = K * i = 3 * 10 * 1,5 = 2,0 * 10 m sg (velocidad de descarga; es la real)
−4
v 2,0 * 10 -4
Vi = = = 6 * 10 m
1 seg
3
d)
Punto CE CP CT = CE + CP
E 7m 0m 7 + 0 = 7m
Dh = 2m
D 5m 0m 5 + 0 = 5m
1*1
C 4m = 1m 4 + 1 = 5m
1
1*1 3 *1 2 *1
B 1m + + = 6m 6 + 1 = 7m
1 1 1
7 *1 2 *1
A 0m = 7 m = CPB − 7 + 0 = 7m
1 1
Compárese en ambos permeámetros, la cabeza de presión, CP del punto B. El signo +/- depende de
la dirección del flujo (aquí es +).
El esqueleto mineral del suelo estará atendiendo esfuerzos que Figura 7.3 Flujo ascendente
no atiende el agua y que se denominan esfuerzos efectivos ’. El
esfuerzo efectivo vertical ’V es:
185
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’V =’ L - W h
Wh
'V = ' L 1 − (7.4)
' L
La licuación se presenta cuando se anula el esfuerzo efectivo: ’V = 0. Haciéndose (7.4) igual a cero,
se obtiene el gradiente crítico ic
´ GS − 1
ic = = (7.5)
W 1+ e
Naturalmente ic = hc
L
, donde hc es la altura crítica que en el permeámetro puede causar licuación
cuando ’= 0.
La ecuación (7.5) muestra que ic es independiente del tamaño de los sólidos, y que la licuación puede
darse en cualquier suelo. Pero en la práctica es más probable en limos, y en arenas de grano fino y
medio.
En las arcillas, la adherencia del tipo stiction evita la destrucción de los esfuerzos efectivos, y en los
suelos gruesos, la permeabilidad es alta, por lo que la demanda de agua para la licuación también lo
es.
En una estratificación, el flujo puede ser paralelo a las capas (a) o normal (b) de la figura 7.4. El
problema consiste en obtener la permeabilidad K equivalente, en la dirección del flujo, K x o Kz, con
Darcy:
DP
i=− es constante
Dx
qi = K i * H i * i es el caudal en la capa i
q = i S Ki Hi (7.6) es el caudal total
q = i Kx H = i Kx S Hi (7.7) también es el caudal
Ki * Hi Ki * Hi
de (7.6) = (7.7) K X = =
Hi H
186
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Z DX
K1 H1
Ki Hi H
Kn Hn
X
Hi
qi
DP = − Dx K
i
(7.12) (con 7.10)
i
q
DPi = − Kz * Dx H i (7.13) (con 7.11)
Kz =
H = H i
(7.14)
H K H K
i
i
i
I
187
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
permanente, en suelo isotrópico, el que se gobierna por la ecuación de flujo de Laplace en dos
variables, de segundo orden y homogénea, y que tiene dos soluciones: La función de potencial y
la función de corriente
h h
= X = −K = − Z = K
x x x x
2h h
+ =0 h h
x 2 z 2 = Z = −K = Z = −K
z z z z
Dq i = DP entonces :
a Dq a
Δ Dq
b
( a)
= − K DP
b
Dq7.6
Figura = Caída
* D
de potencial en una red de
a
flujo
(7.16)
188
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Dq = D = D (7.17)
0
q = Nf NcD
Nc
0 o sea (7.19)
0 + Nc D
X
pero según 7.15, de tiene
q = −K
Nf
(P2 − P1 )
Nc
(7.21)
d) TABLESTACA
189
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Solución:
q = −K
Nf
(P2 − P1 )(Según fig. pág. 66)
Nc
4
q = −10 − 4 * (5,5 − 7,5) = 10 − 4 m sg
3
8
(P − P ) − 2 = −0,25m
DP = 1 1 =
Nc 8
PI: La línea de flujo, en el recorrido BCI, pasa por 6½ cuadritos, lo que supone, una caída de potencial
de –(6,5x 0,25)m. Entonces, mirando el punto I, media de CD, en la red,
UI: se tiene la cabeza total PI, ya calculada, y se conoce la expresión de la cabeza piezométrica.
UI
PI = + ZI
W
(
U I = W PI − Z I ) = 9,81(5,88 − 3,5) = 23,3 KN m2
190
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
f) CONDICIÓN ANISOTRÓPICA
Kz
A' B' = AB *
Kx
h' = h
Esta situación
Figura E 7.2 conduce
Ajuste dea una redflujo
red de de elementos rectangulares
para condición como “d” para que se cumpla en M la
anisotrópica
condición Dq = D = D que utiliza la solución gráfica del problema. Se resuelve la anisotropía
gráficamente, con un cambio de escala, como se ve en N, afectando la escala horizontal y no la
vertical (o lo contrario) para obtener cuadrilongos como ”d” equivalentes a los rectángulos como “d”.
El factor de escala será 1 para Ev y Kz
Kx para EH.
191
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Dibuja líneas equipotenciales ortogonales a las de corriente, formando cuadrilongos. Obsérvense los
ángulos de 90° sobre mn, el piso de la presa y la tablestaca, también a la entrada (cd) y salida (hi)
del flujo.
Mejorar la red, comprobando que en cada elemento cuadrilongo las diagonales se cortan a 90° (o
que se pueden inscribir círculos, Figura 7.7.
Nota: puede ocurrir (casi siempre) que Nc no sea entero (ver dibujo).
Ejercicio 7.2.
Calcular la caída de potencial (DP) y el caudal (Q) bajo la presa de la figura, si las dimensiones son:
a-c = 12,9 m; K = 10-4 m/s; e-g = 45m; d-e = 3m; f-f’ = 20m y c-m = 34m.
Solución:
H 12,9
DP = = = 0,9 m
Nc 14,3
Nf −4 4 3
Q = K * H = 10 * 12,9 = 46,5 m s
Nc 14,3
Ejercicio 7.3.
h) Pu CE CP Punto CE CP
nto
D 34m 12,9 = H R 8m 5,7 = H - 8DP
E 31m 12,0 = H - DP S 10m 4,8 = H - 9DP
F 31m 11,6 = H – 1,4DP T 11m 3,9 = 0 + 4,3DP
f’ 11m 5,2 = H – 8,6DP G 31m 0,9 = 0 + DP
NOTA: La magnitud de la subpresión se disminuye con una tablestaca aguas arriba.
Ejercicio 7.4.
192
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
m Ton
UV = CP w g =1 w =1
seg 2 m3
Punto e f f’ 1 2 3 4 5 g
UW 12,0 11,6 5,2 4,8 3,9 3,0 2,7 1,8 0,9
DS=Xi - Xj 5m 1m 10m 9m 3m 7m 6m 4m Distancia
área i j 59 8,4 50 39,2 10,4 20 13,5 5,4 Fuerza
▪ DS está leído a escala y es la base de un trapecio, con altura UW.
▪ Las áreas se calculan con DS*(Ui + Uj)/2 en Ton fuerza por metro de presa.
▪ P. la subpresión =S áreas = 205,9 Ton fuerza por metro lineal de presa
193
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
W
A
Pa Pp
P
a
c d gh
e
X =
Momentos i j = Momento ij
Áreas i j P
6067 ,4 TT - m por metro
X = Ejercicio propuesto. Calcule el empuje neto en la
205,9 TT por metro
X = 29,5m (a la izquierda desde g)
tablestaca.
EFECTOS DEL AGUA EN LA PRESA. El flujo trae efectos complementarios, a las otras fuerzas que
actúan en la presa (carga de agua, peso de la presa, etc.). El diseñador deberá garantizar la
estabilidad de la presa con base en los siguientes “Factores de Seguridad” y conceptos:
Momento resistivo
FS =
Momento activo
194
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Volcamiento.
Contribuyen al volcamiento:
a. el empuje del agua (A), que actúa a 1/3 de h (tomado desde el nivel del terreno) y su valor
es
1
A = w H2
2
b. Cuando la presa está empotrada en el suelo se presenta una presión activa del suelo,
equivalente a
1
pa = Ka h2
2
c. Las presiones en la base de la presa o la subpresión.
Se oponen al volcamiento el peso (W) de la presa y el empuje pasivo del suelo (P p), en la pared hg,
siendo
1
Pp = K p h2
2
1
NOTA: Ka = 1 ; en arenas, K a = K p , y el peso unitario sumergido = sat − w
Kp 3
Licuación.
DPhg
El gradiente de salida (iS) se mide en la pared (h-g) de la presa: iS = , se compara con el
hg
gradiente crítico (iC) del suelo permeable: iC = ' (ecuación 7.5).
W
iCRITICO
FS =
iSALIDA
DP 0,9m
iS = = = 0,3
gh 3m i 0,8
FS = C = = 2,7 insuficiente
' 0,8 iS 0,3
iC = = = 0,8
W 1
195
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Deslizamiento.
Supongamos que se desprecia la excentricidad entre las fuerzas W y P. Así, la fuerza efectiva será W
– P normal al piso y con ello el cortante disponible “C” será tg por la normal, que es W – P.
A W E = A + Pa − Pp
C
FS =
E
Pa Pp
P C = (W − P)Tan
(En arenas, =30°)
NOTA:
Figura 7.11 Fuerzas sobre la presa
▪ Para prevenir la tubificación se busca que iSALIDA 0,5 más geotextiles en (g-h), que es la pared
de aguas abajo de la presa.
▪ Para reducir el caudal infiltrado, se tienen dos soluciones: Una es colocar una tablestaca en la
mitad de la base de la presa; otra, instalar un manto impermeable aguas arriba.
1. Calcular Q; FSLIQ; FSVOLC; FSDESLIZ en la presa adjunta. Posteriormente obtenga tres soluciones
diferentes así:
▪ Bajar el gradiente de salida con tablestaca aguas abajo; a la 3ra parte del (iS) anterior.
▪ Reducir la subpresión a la mitad del primer caso, con tablestaca y manto impermeable aguas
arriba.
▪ Reducir el caudal del primer caso, a la mitad, colocando como medida correctiva un manto
impermeable aguas arriba.
Uno de los métodos es el bombeo con flujo no confinado, para las condiciones siguientes del
estrato permeable, a evaluar; h y q = constantes estables.
196
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
q
A B
NAF final B
A
Pozo sin
camisa hA hB
RA
RB
K =
(
q * Ln R B − R A )
( )(
hB − h A hB + h A )
q = 2Rh * K * dh (hipótesis # 1) 2
dR
dR 2K
Luego = * hdh
R q
RB 2K hB2 hA
2
Ln
R = Q 2 −
A 2
R
q * Ln B
R
RA
q * log B
RA
K = = 2 2
( hB − h A )(hB + h A ) 1,364( hB − h A )
197
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
q d h
K = K = Ln 1
2,75 * d * h 0,92 * t h2
Análisis de estabilidad de taludes. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos
Enrique Duque Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Auscultación de taludes. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique
Duque Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Caldas en la biorregión cafetera. Duque Escobar, Gonzalo (2014) Ponencia para el Foro “Por la
Defensa del Patrimonio Público, las Fuentes de Empleo y el Bienestar de los Caldenses”. U. de
Caldas.
Calentamiento global en Colombia. Duque Escobar, Gonzalo (2011) In: El Día Mundial del
Medio Ambiente, Junio 6 de 2011, Instituto Universitario de Caldas.
Coberturas vegetales. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique Duque
Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Con la ola de calor, arde Colombia. Por: Gonzalo Duque-Escobar; Profesor Especial de la
Universidad Nacional de Colombia, Ingeniero Civil con estudios de posgrado en Geotecnia,
Geofísica y Economía. Documento para La Silla Vacía. Manizales, enero 27 de 2024.
Corrección de cauces torrenciales. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos
Enrique Duque Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Erosión y movimientos en masa. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos
Enrique Duque Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Estructuras de contención. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique
Duque Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Estructuras de drenaje. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique Duque
Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Fisiografía y geodinámica de los Andes de Colombia. Duque Escobar, Gonzalo and Duque
Escobar, Eugenio (2016) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Geomecánica de las laderas de Manizales. Duque Escobar, Gonzalo; Duque Escobar, Eugenio;
Murillo López, Cristina (2009) Foro “Gestión del Riesgo por Inestabilidad de Terrenos en
Manizales” Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. Manizales, 13 de agosto de
2009.
Geomecánica. Book. (10 Book Section) Duque Escobar, Gonzalo and Escobar Potes, Carlos
Enrique (2016) Universidad Nacional de Colombia – Sede Manizales, Manizales, Colombia.
Geotecnia para el trópico andino. Escobar Potes, Carlos Enrique; Duque Escobar, Gonzalo.
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales.
198
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Geotecnia para el trópico andino. Escobar Potes, Carlos Enrique and Duque Escobar,
Gonzalo (2016) Book. (10 Book Section). U.N. de Colombia, Sede Manizales, Colombia.
Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique Duque Escobar, Gonzalo
(2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Incendios forestales y clima en Colombia. Gonzalo Duque-Escobar. Profesor de la U.N. de
Colombia y Director del Observatorio Astronómico de Manizales OAM. La Patria, Manizales.
Lunes 29 de enero de 2024.
La Geotecnia. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique Duque Escobar,
Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Laudato sí: El Cuidado de la Casa Común. Memorias. Book. Luis Guillermo Restrepo Jaramillo ·
Emilio Chuvieco · Paola Andrea Calderón Cuartas · Monseñor Gonzalo Restrepo Restrepo ·
Rafael Fayos Febrer · Andrés Salazar Arango · Gunter Pauli · Antonio Elio Brailovsky · Gonzalo
Duque Escobar). U. Católica de Manizales.(2020)
Manual de geología para ingenieros. . . Book. (20 Book Section). Duque Escobar, Gonzalo
(2003. Act 2022) Universidad Nacional de Colombia, Manizales
Materiales térreos. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique Duque
Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Mecánica de los suelos. Book. (15 Book Section). Duque Escobar, Gonzalo and Escobar Potes,
Carlos Enrique (2002) Universidad Nacional De Colombia.
Obras de estabilización. Geotecnia para el trópico andino; Escobar Potes, Carlos Enrique Duque
Escobar, Gonzalo (2017) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Otra vez El Niño: ¿cómo adaptarnos? Duque Escobar, Gonzalo. Instituto de Estudios
Ambientales IDEA. U.N. de Colombia – Sede Manizales. 2018-11-05.
Procesos de Control y Vigilancia Forestal en la Región Pacífica y parte de la Región Andina de
Colombia. Duque Escobar, Gonzalo and Moreno Orjuela, Rubén Darío and Ortiz Ortiz, Doralice
and Vela Murillo, Norma Patricia and Orozco Muñoz, José Miguel (2014) Carder- Corporación
Aldea Global, CARs Socias del Proyecto.
Riesgo en zonas de montaña por laderas inestables y amenaza volcánica. (II V) Duque
Escobar, Gonzalo (2012). Curso Internacional sobre Microzonificación y Planeamiento Urbano.
Manizales.
Sistematización de Experiencias y Estrategias de los Planes de Acción Inmediatos PAI de la
cuenca del río Guarinó y la Charca de Guarinocito. Vela Murillo, Norma Patricia and Duque
Escobar, Gonzalo and Ortiz Ortiz, Doralice (2012) Editorial Blanecolor Ltda. Manizales,
Colombia.
Túnel Manizales. Duque Escobar, Gonzalo; Duque Escobar, Eugenio (2010) Ponencia
presentada en el XIII Congreso Colombiano de Geotecnia, Sociedad Colombiana de Geotecnia-
U.N. De Colombia. Manizales 2010.
Una política ambiental pública para Manizales, con gestión del riesgo por sismos, volcanes y
laderas. Duque Escobar, Gonzalo (2012)
Vulnerabilidad de las laderas de Manizales. Duque Escobar, Gonzalo (2017) Presentación ante
la Comisión Cuarta del Concejo de Manizales, del Jueves 11 de Mayo de 2017.
***
199
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ponencia presentada en el auditorio José Restrepo Restrepo, durante la Celebración de los 102
años de fundación de la SMP de Manizales, el viernes 27 de junio de 2014.
Integración, cooperación y articulación: un sueño de región
200
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
que incluyan la Cultura y se orienten las políticas públicas hacia la consolidación de un territorio
más justo, equitativo y soberano, y al desarrollo del capital social en la ecorregión.
La dimensión socio-económica
Imagen 2: Eje Cafetero: Estructura Ecológica (Ideam) y Áreas conurbadas ( Blog SMP
Manizales)
Proyectos notables para Manizales: Camino de La Elvira (1847); Camino de La Moravia
(1890); Cable Aéreo Manizales – Mariquita (1922); Ferrocarril de Caldas (1927); Vía al Magdalena
(1939); La Nubia (1961); Vía Irra – La Felisa y Túnel El Espejo (1986). Ahora, la Hidrovía del
Magdalena, el Sistema Bimodal Cafetero (Ferrocarril Cafetero y Transversal Cafetera) y el
Aeropuerto del Café, podrían cambiar el curso económico de la Ecorregión.
Fundado Manizales (1849), el poblado de bahareque y de caminos de arriería, vive un primer
período de economía de subsistencia y guerras civiles que llega hasta la guerra de los Mil días
(1900-03).
En los albores del siglo XX la aldea entra a un segundo período de acumulación gracias
al café; es el de los cables y ferrocarriles que llevan dicho producto más allá de los mares.
Sigue un tercer período de verdadero desarrollo económico, el del los Jeepaos y las
Chivas, cuando se abren los caminos rurales para electrificar el campo y dotarlo de
acueductos, escuelas y puestos de salud, con el concurso de la Federación Nacional de
Cafeteros (1927) y sus Comités de Cafeteros.
Finalmente, a partir de 1970 entramos a un cuarto período de crisis, en el que palidecen
los poblados cafeteros y el campo, no sólo por el deterioro de los términos de
intercambio, sino también por las consecuencias demográficas y ambientales de la
Revolución Verde.
Y tras palidecer la sociedad industrial de ayer y haber desmontado el Estado solidario,
nuestra sociedad ahora fragmentada entra a un quinto período, el de la globalización de
la economía y la cultura.
La dimensión ambiental
201
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El eje cafetero es un gran jardín deforestado: mientras el suelo apto para potreros es solamente
el 4% del territorio, para dicho uso se destina el 49%; y mientras el potencial forestal es del
50%, la cobertura de bosques sólo alcanza el 30%.
En este territorio verde donde existen conflictos severos entre uso y aptitud del suelo, y los
eventos extremos por el calentamiento global acechan, se debe avanzar en el ordenamiento de
las cuencas, emprender acciones de adaptación al cambio climático, asegurar el suministro de
agua potable y preservar los frágiles ecosistemas.
La mega-minería que amenaza los ecosistemas andinos y el agua en toda la alta cordillera, ha
desestructurado el patrimonio cultural del occidente caldense en Marmato – Riosucio.
Como principio debe plantearse que mientras el oro y el carbón como recursos pueden ser
explotados, el agua y la biodiversidad son un patrimonio.
Mientras los recursos son una mercancía objeto de explotación por el mercado, el agua, el suelo
y la biodiversidad como bienes patrimoniales que deben preservarse, sólo deben ser objeto de
aprovechamientos responsables.
La sociedad cafetera
Los habitantes de la “Tierra del café”, poseemos una cultura donde inciden determinantes de la
caucanidad y la antioqueñidad, relacionados con los modos de producción de la minería en la
Colonia y con los de la actividad agraria que florece en el Siglo XX, en ambos escenarios.
Primero, en la minería aurífera los modos de producción fueron diferentes: en la Provincia del
Cauca se soportaba en la esclavitud, mientras en la de Antioquia dependía del trabajo del minero
independiente. Segundo, mientras el modelo agrario caucano era el latifundio soportado en un
régimen de servidumbre, el modelo de producción cafetera, surge del trabajo asalariado y del
minifundio propiedad del colono.
No obstante, el cafetero también se enriquece del aporte librepensador del caucano de clase
media, fruto de una apertura cultural que lo orienta al comercio: el payanes que al explotar el
oro de Barbacoas recibía información de la Capitanía de Panamá, también recibía información del
Virreinato del Perú por depender de Quito, e información de la Nueva Granada con quien
finalmente comerciaba.
Pero tras décadas de verdaderas proezas cafeteras, abandonamos un modo de producción que
engrandeció a Colombia entre 1900 y 1970, por apostarle a la Revolución Verde con el
monocultivo del café y renunciar a la caficultura orgánica: los campesinos con solo dos años de
escolaridad, al no poder asimilar el modelo financiero y tecnológico de la caficultura moderna,
vendieron su tierra para emigrar a la ciudad generando una inversión demográfica en la que el
país rural se urbaniza.
Hoy las estadísticas señalan que la proporción de población con Necesidades Básicas
Insatisfechas en Caldas, es 17.76%, contra 0.99% en Manizales donde se concentra más del
50% del PIB caldense. Esto simplemente obliga a considerar nuestra pobreza campesina no sólo
bajo parámetros de pobreza monetaria, sino de otros factores para plantear soluciones a la
inequidad regional y social, y a las deficiencias en el desarrollo de las capacidades humanas de
la población.
La ecorregión: un escenario biodiverso y pluricultural a resignificar y descubrir
202
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen 4 y 5: Manizales en el alba de los años 20, y Paisaje Cafetero. Por Guillermo Vallejo
203
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Una estrategia para hacer del Paisaje Cultural Cafetero un factor de desarrollo, es la
implementación del “bioturismo”- concepto que incorpora cultura y medio ecosistémico-,
apalancado con un programa de vías lentas que cruce poblados lentos, tal cual lo propone la SMP
de Marsella, Risaralda, al emprender el ordenamiento de la cuenca del río San Francisco.
Con el Paisaje Cultural Cafetero PCC, la suerte de los pequeños poblados cafetaleros dependerá
del papel del transporte rural como catalizador de reducción de la pobreza, del bahareque como
arquitectura vernácula, de la salud del suelo y del agua, del sombrío para la biodiversidad, de
las sanas costumbres, y de un cúmulo de elementos tangibles e intangibles de nuestro patrimonio
cultural y natural.
Pero el bioturismo que se soporta en lo autóctono y en la biodiversidad, exige una revolución
educativa, para hacer viables la reconversión productiva, el desarrollo de la identidad cultural, el
fortalecimiento del tejido social y la solución de la brecha de productividad entre ciudad y campo,
y eficaz el apoyo institucional.
.
La descentralización de la infraestructura y las funciones urbanas
Los poblados cafeteros que se han rur-urbanizado, deben desarrollar competencias estratégicas
para los centros urbanos de la Ciudad Región, bajo el presupuesto de la complementariedad de
las funciones urbanas en las áreas metropolitanas de Pereira y Manizales.
El nuevo modelo urbano, debe propender por núcleos urbanos autosuficientes, donde se
privilegie la movilidad autónoma y el transporte colectivo, en lugar de aplicar modelos de ciudades
expandidas y de guetos urbanos; para esas ciudades pensadas para el automóvil y no para las
personas, donde la infraestructura urbana privilegia al mercado.
Los poblados se transforman en ciudades intermedias, al espacializar sus funciones urbanas, así:
Las zonas industriales que, al valorarse por su posición con respecto a los medios de transporte,
obligan a ubicarse de cara a los ferrocarriles, puertos, aeropuertos y autopistas.
Las zonas residenciales que valen por su función estética y paisajística deben ubicarse lejos del
paisaje de chimeneas de las zonas industriales donde ruidos, vibraciones y aceites derramados
se suman a la polución de los vertimientos industriales.
Las zonas comerciales que suelen coincidir con los Centros Históricos, al estar constituidas por
esos viejos inmuebles que le imprimen el carácter a la ciudad, deben mitigar el deterioro del
espacio público, la informalidad y los procesos de lumpenización del centro citadino.
Las zonas de servicios que se valoran por su nivel de equipamiento deben promover la eficiencia
del transporte público urbano, y contar con centros de investigación y convenciones, cómodos
hoteles, hospitales con servicios complejos, grandes centros comerciales e instalaciones
culturales y deportivas…
Hacia la Cuidad Región en un escenario rur-urbanizado y conurbado
Las capitales cafeteras se han conurbado, en un escenario donde urge consolidar zonas
metropolitanas más equitativas, para actuar como Ciudad Región complementando sus
economías, y articulando el territorio tal cual lo ha logrado el Quindío.
Se requieren tres condiciones para conformar una Ciudad Región: articularse a un centro
urbano de igual nivel de relevancia, que sea económicamente complementario, y ubicado a
menos de 2 o 3 horas de distancia.
204
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
205
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
ubicados a 5000 millas con tarifas económicas, las que no se pueden alcanzar desde Matecaña
donde sólo pueden operar aviones cuyo alcance de 3000 millas, que únicamente llegan a las
Américas.
La infraestructura estratégica para el sistema de transporte
Primero, el desarrollo portuario colombiano “se ha modernizado” con una infraestructura
insuficiente donde la meta ha sido igualar las condiciones del Canal de Panamá construido en
1914. Colombia debe avanzar con el FFCC Verde y la Hidrovía del Atrato, implementando un
canal interoceánico que articule sus mares para entrar a los océanos de la economía planetaria,
donde se moviliza el 90% de las mercancías y habita el 50% de la población del planeta.
Segundo: mientras el 40% del PIB y el 30% de la carga del país se generan en la región Centro-
Andina, y el 30% del PIB y el 40% de la carga, se produce en el Occidente colombiano, falta un
sistema de vías transversales para el transporte troncal cruzando el triángulo económico de
Colombia: estas vías serían: 1- la nueva Transversal Cafetera que uniría a Bogotá con Pereira
como centros de gravedad de ambas regiones, lo que complementaría la alternativa del Túnel de
La Línea; y 2- el Ferrocarril Cafetero entre La Dorada y el Km 41, para conectar el Altiplano con
los mares de la Patria y el Occidente de Colombia a la Hidrovía del Magdalena.
Tercero: mientras el transporte fluvial es 6 veces más económico que el Carretero, y el ferroviario
3 o 4 veces más barato, Colombia sigue sacando en tractomula los contenedores a sus mares.
Además de la navegación por el Magdalena, debería emplearse el modo férreo extendido a lo
largo del Cañón del Cauca entre el Pacífico y Urabá, para salir del Altiplano por Manizales a
Buenaventura o a Turbo, con lo cual los fletes por kilómetro caerían entre tres y cuatro veces
respecto a los fletes carreteros. Para Medellín, la salida al mar por Urabá en lugar de Cartagena,
reduce la distancia al mar en un 40%, cuantía que se triplicaría en el incremento de las
exportaciones, consecuencia de la reducción de los fletes extendiendo el tren de Occidente hasta
el puerto antioqueño.
Cuarto: Aerocafé, proyecto que extendiendo su pista a 3600 m podrá resolver la condición
mediterránea del Eje Cafetero y hacer viable el Paisaje Cultural Cafetero. Por su ubicación
Aerocafé puede cumplir funciones de convergencia, al contar en un radio de 200 km con 23
millones de habitantes y permitir aviones tipo Jumbo, levantando 112 mil libras, contra 75 mil
desde Río Negro o 83 mil desde El Dorado, alcanzando a bajo costo mercados a 5000 millas como
Europa, Asia, África y Oceanía, además del Cono Sur, Canadá y la costa oeste de Norte América.
Nota: el desplazamiento de la Troncal de Occidente hacia la Variante La Tesalia, impondrá como
reto aprovechar la ubicación estratégica del Km 41, sin gravar con nuevos peajes la conectividad
interna de las comunidades rurales del Alto Occidente y Norte de Caldas.
Una agenda y unas estrategias
Si bien cada capital cafetera independientemente considera legítima su economía basada en
actividades diversas, dada su proximidad en lugar de competir deben complementar sus
economías e implementar un sistema de conectividad y movilidad interna, para conurbar sus
áreas metropolitanas buscando consolidar un clúster urbano.
Además de atender las demandas ambientales de las cuencas blindando los ecosistemas
estratégicos de la ecorregión cafetera, y de priorizar la acción del Estado en la formación de
capital social frente al crecimiento económico, se debe avanzar en los procesos de identidad
cultural en las diferentes subregiones.
206
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El nuevo modelo urbano impone redistribuir la infraestructura social y económica, para lograr
ventajas asociadas a la construcción de sinergias territoriales a partir de diferencias naturales y
culturales, dado que la ecorregión es biodiversa y pluricultural.
Para abatir el centralismo como obstáculo para el desarrollo, cada departamento debe articular
esfuerzos hacia la consolidación de la Región del Eje Cafetero, como única estrategia para
resolver la limitación de su pequeña participación frente al PIB de la Nación.
El Eje Cafetero debe resolver su condición mediterránea: primero con los corredores viales para
acceder a los mercados internos (Transversales y Autopistas); segundo encontrando una salida
al mar más expedita (la Navegación del Magdalena y el Corredor Férreo del Cauca entre Urabá y
Buenaventura); tercero materializando un aeropuerto de gran tamaño como Aerocafé para hacer
viable el Paisaje Cultural Cafetero, complementado con Matecaña; cuarto fortaleciendo el
transporte rural por ser un catalizador de la reducción de la pobreza; quinto expandiendo las TIC
por toda la geografía regional; y Sexto integrando el Transporte Urbano de las áreas
metropolitanas de Pereira y Manizales.
Conclusiones
207
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Además, la integración del Eje Cafetero que empieza por consolidar las áreas metropolitanas de
sus capitales y obliga a diferenciar competencias en las funciones urbanas, para a consolidar
nuestra Ciudad Región, también será la fórmula para estructurar un eje de desarrollo en el
Occidente Colombiano entre Medellín y Cali.
Para el desarrollo del Eje Cafetero, se hace necesaria la integración de los entes territoriales, en
función de la autonomía institucional y la descentralización de los recursos de la Nación, tal cual
se señala en el proyecto “Colombia: un país de regiones”, que propone Eduardo Verano de la
Rosa, en Colombia país de Regiones.
Este documento presentado en el marco de la celebración de los 102 años de fundación de la SMP
de Manizales, utiliza elementos de otras presentaciones similares del propio autor elaboradas para el
POT de Manizales, y del material de soporte para los módulos de la Maestría en Medio Ambiente y
Desarrollo y de Economía del Transporte del posgrado en Vías y Transportes de Ingeniería Civil, de
la U. N. De Colombia.
Imagen 01: Colombia, zonas carboníferas: reservas medidas y medios de transporte. UPME
208
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
…
El carbón que es el combustible fósil más abundante del mundo, y que aparece en unos 100 países,
por sus reservas tiene una vida útil superior a 200 años, contra 40 y 60 años de las reservas del
petróleo y gas respectivamente, de conformidad con la actual rata de producción. En Colombia donde
las reservas medidas de carbón son de 6.508 Mton (millones de toneladas), y en la producción, con
un promedio de 83,9 Mton entre 2012 y 2020 el 89,79% de la participación es de la zona Caribe y el
10,21% con 8,45 Mton le corresponde al interior del país. En estos lugares existen sistemas de
explotación a cielo abierto y explotación por minería subterránea, y aunque sólo poseemos en 0.6%
de las reservas mundiales probadas, nuestro carbón que es bituminoso y de excelente calidad,
también nos da el primer lugar en Latinoamérica por poseer el 53% de las reservas probadas.
Ver: Cambio Climático en Colombia.
Café y Cambio Climático.
Desarrollo energético y clima salvaje.
…
Imagen 02: Dinámica creciente de la demanda de carbón mineral entre los combustibles fósiles, en
el período 2001-2017. Fuente: Elcaptor.com, 2013.
…
Si por sus reservas Colombia el 11° país a nivel mundial y el 5° mayor exportador de carbón del
mundo, es gracias a que en las zonas carboníferas del Caribe existen explotaciones importantes a
cielo abierto, las que se explotan con tecnologías de punta de forma eficiente y competitiva, aunque
en el interior del país con menor potencial carbonífero, también existen yacimientos de carbón
metalúrgico en zonas de Cundinamarca, Boyacá y Norte de Santander, también se encuentran otras
zonas con yacimientos de carbones, tales como Antioquia-Antiguo Caldas, Valle del Cauca-Cauca,
cuyas explotaciones son subterráneas, de pequeña magnitud y de tipo artesanal a semimecanizada.
Aunque en Colombia las exportaciones de Colombia en carbón coque con de 1,7 Mton en el año 2010,
no en ese momento no eran importantes, si lo eran las de carbón térmico con 81,38 Mton en 2011.
209
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen 03: Reservas de Carbón y Producción de Carbón a nivel mundial-Fuente: CADENA DEL
CARBÓN. UPME
…
La Constitución establece la propiedad del suelo, el subsuelo y los recursos naturales no renovables
a favor de la Nación, respetando los derechos adquiridos, y establece la contraprestación económica
por la explotación de los recursos naturales no renovables a título de regalías. Si antes del 2000, la
media de las regalías del carbón que después del petróleo ya se ubicaba como el segundo producto
exportado por Colombia, fue de $0,34 billones, actualmente su monto llega a $2 billones anuales que
son el 75% del PIB minero y el 1,3% del PIB nacional, y que genera 130 mil empleos, el 75% de
ellos en la pequeña y mediana minería. Adicionalmente, el coque o carbón metalúrgico cuyas
exportaciones mundiales en 2019 sumaron $7.920 millones de dólares, ya ubicaron a Colombia con
el 10,4% equivalente a $820 millones de dólares, en el tercer lugar mundial después de China y
Polonia.
Ver: Incidencia económica de la guerra sobre A.L.
Biodiversidad y agua a cambio de emisiones.
Economía colombiana: crisis y retos.
…
210
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen 04- Plan Energético 2020-2050 para Colombia: Consumo industrial y Estructura del arco
energético. Fuente: Minería De Carbón En Colombia.
…
El llamado carbonífero de Antioquia, una cuenca extensa dividida en 33 subzonas entre las que
sobresale el sector Amagá-Venecia-La Albania perteneciente a la subzona Amagá-Sopetrán ubicada
en el centro-sur del Departamento cuenta con reservas medidas de 90 millones de toneladas de
carbones sub-bituminosos o térmicos tipo A, cuya producción a tajo abierto es de 850 ton/día la que
se desarrolla en todas las escalas. Según el Plan Energético Nacional 2020-2050 (PEN), el carbón
resulta fundamental en el arco energético de Colombia: si en 2019 contribuía con el 7% de la
demanda energética nacional, para en 2050 según los distintos escenarios seguirá proporcionando
entre el 5% y el 7% de las necesidades energéticas, lo que incluiría entre el 11% y el 28% del
consumo final energético del sector industrial.
Ver: ¿Ajustes a locomotora energética de Colombia?
Desarrollo energético y clima salvaje.
La caída de la inversión extranjera.
…
211
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen 05: Colombia- producción anual de carbón por departamentos en 2019. Fuente: MINERÍA
DE CARBÓN EN COLOMBIA.
…
En cuanto a la calidad, además de ser importante la baja cantidad de azufre, cenizas y humedad, y
que se trate de carbones duros, y también cuenta el poder calorífico donde los diferentes rangos
definen su uso y el precio: las clasificaciones van desde los lignitos, con alrededor de 6.000 unidades
térmicas inglesas por libra (BTU[2]/lb), hasta los valiosos bituminosos, que pueden llegar a las
16.000. En Colombia la calidad térmica más alta es la de los carbones de la Cordillera Oriental con
14.161 BTU/lb; siguen los de la Región Caribe que superan los 11.161 BTU/lb, mientras los de menor
rango con mínimos de 5.400 BTU/lb están en la Cordillera Occidental. Aunque se estima que para el
2050 y a nivel mundial, por el cambio climático habrá que reducir los combustibles fósiles, así: el
80% de carbón, el 50% del gas y el 30% de los hidrocarburos, para Colombia el panorama del carbón
donde tenemos cuantiosos recursos no es desfavorable.
212
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
213
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen 08: Izq. Trenes para el sistema intermodal de carga en Colombia e Hidrovía del Magdalena.
En mapa de Latoma.parís-Sorbona.fr. Der.- Ferrocarril Interoceánico Verde Urabá-Cupica y Hidrovía
del Atrato. En mapa de Google.org
…
Y finalmente, el tema del transporte, ya que la exportación del carbón pasa por la locomotora
energética, como estrategia clave que hace viable implementar un sistema intermodal de carga para
Colombia, donde en lugar de poner a competir ferrocarril carretera y río a lo largo del Magdalena se
deben desarrollar y articular el Corredor férreo del río Cauca -conectando a Buenaventura con Urabá
y Cupica- y la hidrovía del Río Grande extendida hasta el Huila, para salir con carga suficiente hasta
los mares de la patria, ya que la locomotora del carbón andino exportando el Carbón de Córdoba
(318 MTon medidas de 6000 Calorías por Kg) permitiría financiar los ferrocarriles del Pacífico e
Interoceánico Urabá-Cupica, y los Carbones de Cundinamarca y Boyacá (412 MTon medidas de 7 mil
Calorías por Kg) igualmente financiarían el Ferrocarril Cafetero y el Túnel Cumanday, lo que le daría
viabilidad a todo el proyecto intermodal. Como referente, en el Carbonífero de Antioquia donde el
mineral es de apenas 5 mil calorías por Kg, el carbón es térmico clase A.
Ver: Nuestro corredor logístico para el PND.
Ferrocarril Interoceánico Urabá-Cupica.
Vida y desarrollo para el territorio del Atrato.
…
215
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
…
Ref: Documento del Museo Interactivo Samoga. Manizales, febrero 1 de 2024. Portada: Carbón
Colombia, en Portal de la Agencia Nacional Minera ANM. Contraportada: Ilustración para El consumo
mundial de carbón batió un récord en 2023 … Reuters.
***
ENLACES U.N.
Acecha El Niño fortalecido por el Eje Cafetero: Retrospectiva y Laderas del Trópico Andino: caso
calentamiento global. Prospectiva del Manizales.
Agenda verde en el contexto de Desarrollo. Llegó La Niña… ¿y entonces?
Colombia. El agua en la biorregión Mas espacio y oportunidades para
Agua para todos: el desastre del caldense. el ciudadano.
río Mira. El catastro multipropósito: ONG: desarrollo sostenible,
sistema clave rezagado. gestión del riesgo y cambio
Agua y Clima: El cuidado de la
climático.
casa común. El territorio del Gran Caldas, “La
Tierra del Café”. Otra vez El Niño: ¿cómo
Al Bahareque le Fue Muy Bien. adaptarnos?
Amenazas naturales en los Andes Gestión ambiental del riesgo en el
territorio. ¿Para quién la plusvalía urbana?
de Colombia.
Riesgo en zonas de montaña por
Aspectos geofísicos de los Andes Gestión del Riesgo por Sismos,
laderas inestables y amenaza
de Colombia. Volcanes y Laderas..
volcánica.
Bioma amazónico en severa Huracán Iota: tifón que abate a
Riesgo sísmico: los terremotos.
amenaza. San Andrés.
Eje Cafetero: Cambio climático y Sismos y volcanes en Colombia.
La economía azul en la esfera de
vulnerabilidad territorial. la producción. Sismo, bahareque y laderas.
Eje Cafetero: construcción social La encrucijada ambiental de UMBRA: la Ecorregión Cafetera en
e histórica del territorio. Manizales. los Mundos de Samoga.
216
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 8
EROSIÓN DE SUELOS
8.1. Erosión.
217
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Otros procesos principales de remoción de suelo son los movimientos en masa y los procesos de
transporte en masa, y cada uno es dominante en ambientes específicos.
La mayor parte de nuestros conocimientos sobre los mecanismos de erosión y sus tasas
correspondientes se basan en el trabajo del Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos.
El enfoque del SCS siempre ha sido pragmático, y sus predicciones en cuanto a tasas de erosión se
han concentrado en torno al desarrollo y extensión de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelos
(EUPS). Los puntos tanto fuertes como débiles de la EUPS se hallan en la estimación de la erosión
como producto de una serie de variables vinculadas
con la precipitación, el grado y longitud de la
pendiente; los factores edáficos y agrológicos, y los
usos del suelo.
8.2 Erosión hídrica. Es la erosión por agua lluvia y comprende la erosión por el impacto de las
gotas sobre el suelo desnudo, la acción hidráulica de las aguas de escorrentía con capacidad de
movilizar y transportar las partículas de suelo, y modelar el relieve.
a. Saltación pluvial. El impacto de las gotas de lluvia en el suelo desprovisto de vegetación, desaloja
y moviliza el suelo fino. El impacto compacta el suelo, disminuye la permeabilidad, estimula la
escorrentía y contribuye al poder de erosión del agua de escurrimiento.
218
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
flujo se hace turbulento, la energía del agua adquiere la capacidad de labrar canales paralelos o
anastomados, llamados surcos; cuando estos se profundizan y amplían evolucionan a cárcavas, por
las que circula agua concentrada durante y poco después de los aguaceros, movilizando grandes
volúmenes de material.
d. Escurrimiento subsuperficial. Las aguas infiltradas ocasionan la tubificación del suelo hasta formar
cavidades cuando las fuerzas de filtración superan la resistencia del suelo. Es propio de suelos
dispersivos o de formaciones calcáreas.
QR = K E (8.1)
A = R K ( LS ) (CP) (8.2)
En donde R = E I 30 (8.3)
La ecuación (8.2) presenta los factores más importantes para el control de la erosión. A: Es el
promedio de pérdidas de suelo en Ton/Ha; R = EI30 es el factor de lluvia, expresado como el producto
de la energía de una lluvia con la intensidad I 30, de 30 minutos; K: es el factor de erodabilidad del
suelo (función del tipo de suelo); LS: es la longitud de la pendiente y magnitud de la misma, lo que
depende de la topografía del terreno y C: factor de uso del suelo (suelo árido = 1; praderas = 0,1;
bosque, selva = 0,01)
8.3 Erosión fluvial. Es la erosión que se presenta en los cursos de agua (quebradas y ríos) y se
presenta cuando la fuerza tractiva del agua vence la resistencia que ofrecen e los materiales, los
moviliza en las formas de socavación lateral o de fondo. Los procesos movilizan arcillas, limos, arenas,
gravas, cantos y bloques, en las formas de acarreo, en disolución, en suspensión y en acarreo de
fondo. Los volúmenes movilizados por erosión fluvial en cauces torrenciales son altos.
219
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
escorrentía con la
contribución los
• ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL DIFUSO
agentes climáticos, Erosión laminar: Arrastre • Escurrimiento de suelos limosos y
sobre superficies uniforme de capas de suelo en arenosos.
inclinadas. distancias cortas. • Es fuente importante de sedimentos.
• ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL CONCENTRADO
NOTA: La acción es
estimulada en Surcos de erosión: El
• Destrucción de taludes y laderas.
laderas (naturales) escurrimiento concentrado forma • Alto aporte de sedimentos.
y taludes pequeños canales paralelos. • Los canales se borran con perfilado y
(construidos) labranza.
Cárcavas: Son zanjas profundas y
• Acentuar el relieve promoviendo otras
formas de inestabilidad.
amplias, de gran tamaño, difíciles
de controlar.
• Fuente importante de sedimentos.
• Corrección de alto costo.
EROSIÓN • ESCURRIMIENTO SUBSUPERFICIAL
INTERNA: Por
flujo subterráneo.
Tubificación y cavernas: • Puede originar manantiales, cárcavas y
Debilitamiento interno. hundimientos.
• Profundiza el fondo de los cauces
naturales.
Socavación de fondo
EROSIÓN • Desestabiliza las laderas.
FLUVIAL
• Progreso remontante.
Socavación lateral
• Elimina el soporte de laderas.
• Amplia el lecho del cauce.
b. Transporte en masa. Son movimientos de rápidos a muy rápidos de mezclas viscosas de agua
y materiales térreos, que avanzan a lo largo de los cauces o sobre las depresiones del terreno y valles
de salida de las corrientes. El flujo viscoso se puede originar a partir de masas desplazadas y su
estudio es del dominio de la Mecánica de los fluidos.
220
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Existen tres sistemas morfogenéticos ligados al frío actual y pasado, cuyos pisos resultantes son:
Glaciar (G), periglaciar (PG) y de modelado glaciar heredado anteholoceno (MGH), ver figura 8.3.
a. Piso glaciar (G): Sobre 4.700 m.s.n.m., se presentan “glaciares de montaña”, que son masas de
hielo en movimiento. En Colombia, la neoglaciación terminó hace 11.500 años; en período histórico
se han deglaciado el Cumbal, Chiles, Pan de Azucar, Puracé, Santa Rosa, Quindio y Cisne y los
actuales relictos que suman menos de 100 Km 2, son Huila, Tolima, Santa Isabel, Ruiz y las Sierras
Nevadas de Chita, Santa Marta y Güicán.
Hoy retroceden y pierden espesor los nevados, las grietas glaciares aumentan y esta dinámica implica
aportes de agua rápida y arrastres de sedimentos a los pisos inferiores, como también modificación
de la frontera entre pisos, que va en ascenso, por inestabilidad del sistema.
b. Piso periglaciar (PG): Entre 3.800 m y 4.700 m sobre el nivel del mar. Está la faja amortiguadora
de los glaciares, pero este piso no necesariamente exige la presencia de un glaciar, aunque sí las
condiciones de altitud y latitud para los procesos de frío y alternancia diaria o estacional del ciclo
hielo – fusión. La ausencia de cobertura vegetal y de suelo es casi total, excepto en los niveles
inferiores.
Los procesos son: escurrimiento difuso y concentrado (por hielo–deshielo); reptación por hielo de
exhudación, transportes eólicos (deflación); gelifracción de rocas, descamación de rocas, coladas de
barro por fusión de nieve y colmatación de lagunas con sedimentos.
c. Piso del modelado anteholoceno (MGH). En la gran glaciación, los hielos modelaron hasta
los 3.000 m.s.n.m. en Colombia, creando circos, valles en U y cubetas de sobreexcavación, y dejando
221
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
morrenas y depósitos fluvioglaciares. Hoy, estos modelados cuentan con cobertura vegetal abundante
y suelos orgánicos espesos. El piso comprende al páramo y parte del bosque alto–andino.
También se puede expresar el área de la sección en función del caudal Q y llevar el resultado de
(8,5) a (8.4), para obtener
Q
v=C
Q
I (8.6) (aquí se hizo R =
v )
v*P P
C2 *Q * A 1
v=3 (8.7) (C = ; n = coeficiente de Manning)
P n
Con (8.7) queda claro que la velocidad de la corriente no es constante en toda la sección inundada.
La velocidad media de la corriente es tan solo entre 6/10 a 8/10 de la velocidad máxima, la que no
necesariamente está en el centro de la corriente, sino que oscila pasando de una a otra orilla, y en
la vertical se sumerge algo.
222
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
1000
100
Velocidad (cm*seg-1)
10
0,1
0,001 0,01 0,1 1 10
Diámetro de la partícula (mm)
Figura 8.6 Hjulstrom (1935) Relación entre el diámetro de las partículas y la velocidad de erosión y
sedimentación.
8.7 Hidrotecnia y cuenca
El fenómeno torrencial supone caudales sólidos y crecidas repentinas; la carga de sólidos lo hace en
suspensión y como acarreo. La carga de acarreo proviene de la erosión del cauce y la carga de
suspensión se origina en la erosión de laderas (hídrica).
Pero la corriente transporta acarreos de acuerdo al caudal y éste depende del estado de la cuenca:
ambos tienen una relación de causalidad: los caudales altos generan altos volúmenes de acarreos y
la erosión del cauce es intensa, y los caudales regulados movilizan bajos volúmenes de sólidos y la
erosión del lecho es moderada.
La corrección torrencial y el control hidrológico en las laderas son acciones complementarias: ambas
están orientadas hacia la estimulación de la vegetación y a la regulación del agua pluvial y de
escorrentía en laderas: el incremento de la infiltración y de los tiempos de concentración de las aguas,
sugiere acciones de conservación de la vegetación, su mejora y plantación de nuevas plantas. El
223
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El dinamismo torrencial aparece ligado a la tensión tractiva “”, que es aquella de adquiere la corriente
para movilizar y transportar acarreos. Está dada por la siguiente relación:
t = g w ´ R´ S (8.8)
A esa tensión tractiva “” se opone el material con su peso, inercia, fricción, etc., generando una
resistencia dada por la tensión crítica “0”:
t 0 = K ´ (g s - g w ) ´ d50 (8.9)
La calificación del estado torrencial se hará en secciones homogéneas, comparando y 0, es decir,
tensión tractiva Vs tensión crítica del contorno. Además W > 1 cuando la corriente tiene materiales
en suspensión.
Cuando > 0, los lechos se profundizan y los macizos de las márgenes se desestabilizan. Así, las
estructuras transversales ofrecen soluciones simples y eficaces. Estas obras forman diques de
consolidación, a modo de presas. Sea R el radio hidráulico y n el coeficiente de rugosidad (1/C)
224
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Sección después
Sección antes
Dique
Dique
La rectificación del eje hidráulico procede cuando los caudales circundantes adquieren tensiones
tractivas que superan las tensiones resistentes del material del contorno.
Tanto la erosión como la sedimentación son comunes en los cuerpos de agua con régimen fluvial y
se presentan acentuadas en los tramos donde la fuerza centrífuga que adquiere la corriente en las
curvas, excava el lecho externo de la curva del cauce, mientras que la margen interna se sedimenta.
La protección de márgenes puede lograrse con barreras continuas dotadas de materiales resistentes
a la erosión, como muros de hormigón, mampostería hidráulica, muros flexibles de gaviones, o
escolleras de materiales de mayor diámetro que el del lecho o mediante plantaciones y recubrimientos
vegetales.
Diques de retención. Se emplazan aguas arriba de las áreas que pueden sufrir daños,
aprovechando las gargantas estrechas del cauce, aprovechando los ensanchamientos, para
construir trampas de sedimentos.
225
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Diques de consolidación. Son obras utilizadas para consolidar las laderas marginales. Se
construyen emplazados de tal manera que en la sección transversal media del deslizamiento sea
soportada por una cuña de relleno suficiente para contener la ladera.
Ejercicio 8.1 erosión por cambio de uso del suelo. Se tiene un claro despejado con tractor para un
proyecto de ingeniería. a) Discutir los problemas y expectativas de erosión. b) Valore los efectos del
proyecto. c) Concluya.
En la parcela, las condiciones topográficas (LS), el uso del suelo y las prácticas de conservación,
serán alteradas. El movimiento de tierra con el tractor modifica la longitud e inclinación de la
pendiente y en general, el resultado es que el factor (LS) aumenta. Los cambios en la vegetación
también son evaluables (en este caso “C” aumenta), y las condiciones de conservación “P”
dependerán del diseño y concepción del proyecto.
226
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
( )
m
( )
C1 = K S − f 1 d 50 = 0,047 2,65 − 1,10 0,041 = 0,0030TT 2
c) Cálculo del diámetro de equilibrio d1 50 y d2 50. (La condición es C = , Fórmulas 8.1 y 8.2)
C1 0,05
C1 = 1 d 50 =
1 (
K S − f1
=
) (
0,047 2,65 − 1,10
= 0,68m
)
C2 0,02
C 2 = 2 d 50 =
2 (
K S − f 2
=
) (
0,047 2,65 − 1,00
= 0, 26m
)
En la situación nueva (2) cantos de > 26 cm resultan estables. En la situación anterior (1) se
movilizaban cantos mayores ( < 69 cm)
227
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
d) Oferta de la granulometría del cauce. (Diámetro medio, dm, en el rango sugerido de los cinco
tamices)
(
d i = 14 + 20 + 28 + 37,5 + 50 = 149,5mm ) Interpolación para X:
Pi =
Wi
=
(150 + 150 + 350 + 450 + 650) = 58,3% X = f(Y)
WT 3000
d1 * Pi
(60 − 40) =
18,3
Y = 0,009
(0,29 − 0,30)
149,5 * 58,3
dm = = = 87, 2 mm Y
100 100
1
X = 0, 298 = 0,770
e) Cálculo de socavación (Si) 1+ X
1
* h1,667 1+ X Asumimos: , , n
=
0, 28
H
0,68 * dm = 1,00 = factor que depende de la
probabilidad de Q
Condiciones iniciales
= 1,00 = Coeficiente de
h1 = 0,250m, Be 1 = 3m, A1 = 0,625m2 contracción – sin obstáculos
228
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
A2 0,987
Pm 2 = = = 0, 202m
Be 2 4,89
2,95
2 = = 8,679
1,667
0, 202 * 4,89 * 1
0,770
8,679 * 0, 2221,667
=
0, 28
H2 = 0,393m
0,68 * 1,00 * 87, 2
S 2 = H 2 − h 2 = 0,393 − 0, 222 = 0,171m
Resumen y análisis
T b H J C dm S V Pm
SECCIÓN 1 3 20,250 17% 0,05 0,0030 87,2 0,392 4,72 3,12
SECCIÓN 2 4
4,89 0,222 8% 0,02 0,0032 87,2 0,171 2,09 4,99
F −i -
D= * 100 +100 +63 -11,2 -60 +6,7 -54 -36,6 +56,9
i 59,2
▪ Disminuye la velocidad porque aumenta el perímetro mojado Pm.
▪ Disminuye la pendiente J, se amplía B, aumenta y disminuye h.
▪ Se controla la erosión porque disminuye y aumenta C.
▪ La reducción de V y el aumento de Pm explican la menor socavación S.
▪ Las medidas de reforestación permiten retirar los sólidos de la corriente.
▪ Con las variaciones en y C el cauce toma una nueva configuración. El nuevo d50 de equilibrio
es menor al dm que ofrece el cauce.
▪ La erosión del lecho compromete más rápidamente los finos, lo que trae como consecuencia el
cambio de la rugosidad.
▪ La profundidad para la cimentación del dique debe ser superior a H2 = 0,392 m para prevenir
su socavación.
▪ Aguas abajo del dique, se observará un cauce sin finos, con una granulometría gruesa, porque
el agua, que ha perdido carga de finos, los tomará aguas abajo del dique.
▪ Aguas arriba del dique, se observará un excedente de finos, en virtud a un proceso de
sedimentación que irá progresando hacia aguas arriba, por el cambio de nivel de base de la
corriente.
▪ El acorazamiento del cauce es el fenómeno con el cual responde la corriente, ya desprovista de
finos, aguas abajo. Se trata de un cauce con un lecho de alta rugosidad.
---
229
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Eje Cafetero: cambio climático y vulnerabilidad territorial. Duque Escobar, Gonzalo; Ortiz
Ortiz, Doralice; Vélez Upegui, Jorge Julián Especialización en Geografía. Universidad Nacional de
Colombia y Universidad Católica Luis Amigó el 8° Congreso Internacional por el Desarrollo
Sostenible y el Medio Ambiente, CIMAD- de la Universidad de Manizales.
Caldas en la biorregión cafetera. Duque Escobar, Gonzalo (2014) Foro “Por la Defensa del
Patrimonio Público, las Fuentes de Empleo y el Bienestar de los Caldenses”. U. de Caldas
Calentamiento global en Colombia. Duque Escobar, Gonzalo (2011) In: El Día Mundial del
Medio Ambiente, Junio 6 de 2011, IUC
Geomecánica de las laderas de Manizales. Duque Escobar, Gonzalo; Duque Escobar, Eugenio;
Murillo López, Cristina (2009) Foro “Gestión del Riesgo por Inestabilidad de Terrenos en Manizales”
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. Manizales, 13 de agosto de 2009.
Geotecnia para el trópico andino. Escobar Potes, Carlos Enrique; Duque Escobar, Gonzalo.
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales.
Mecánica de los suelos. Duque Escobar, Gonzalo and Escobar Potes, Carlos Enrique (2002)
Universidad Nacional De Colombia.
Túnel Manizales. Duque Escobar, Gonzalo; Duque Escobar, Eugenio (2010) Ponencia presentada
en el XIII Congreso Colombiano de Geotecnia, Sociedad Colombiana de Geotecnia-U.N. De
Colombia. Manizales 2010.
**
LECTURA 8: EL DESASTRE DE ARMERO POR LA ERUPCIÓN DEL RUIZ
Imagen de portada: Fotografía del Volcán Nevado del Ruiz, por Jaime Duque
Escobar http://en.scientificcommons.org
HIPÓTESIS PARA EL PREFACIO
230
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Una vez más estas notas para conmemorar una dolorosa fecha como la destrucción de Armero, con
la intención de hacer una lectura de la coyuntura previa a la erupción del Ruiz del 13 de noviembre
de 1985, de la que se deriven lecciones a partir de las experiencias científicas en torno a un desastre
que según mi convicción pudo ser por lo menos mitigado, a pesar de que para entonces el Estado no
contaba con políticas ambientales ni de planificación ligadas a la dimensión de los riesgos, y que
nuestra sociedad tampoco había desarrollado esa cultura que demanda la apropiación del territorio
buscando su adaptación a las amenazas naturales.
Al estar desprovistos de instrumentos que proveyeran la capacidad efectiva de intervenir, se dejó a
su suerte a decenas de miles de pobladores expuestos y en sumo grado vulnerables, sobre un
escenario severamente amenazado por una erupción claramente anunciada, y donde las acciones
locales y nacionales de los diferentes actores sociales, resultaron asimétricas, fraccionadas e
insuficientes.
Si bien ese es el fundamento de la hipótesis que presento, a mi juicio existieron otros factores
contribuyentes, cuya intervención pudo desmovilizar o neutralizar de forma oportuna los precarios
activos del Estado dispuestos para prevenir la tragedia.
Entre ellos, las ideas que me asaltan, discutibles si se quiere por quedar en el plano de las
impresiones, es que pudieron más los intereses locales de quienes preocupados por la economía,
reclamaban la “desgalerización” de la ciudad – término ahora aplicado en Pasto frente a las crisis del
volcán Galeras-, y la irresponsabilidad de funcionarios claves justificándose en flacas y tardías
acciones que desatendieron las oportunas recomendaciones de calificados expertos de UNDRO, para
terminar calificando de apocalíptico el clamor de notables líderes locales, entre otros factores que
finalmente restringieron al ámbito académico las inequívocas señales del volcán, tales como la
cenizada del 11 de septiembre de 1985, además de la información obtenida de la historia eruptiva
del volcán y del mapa preliminar de amenazas elaborado un mes antes de los acontecimientos, entre
otras tareas así provinieran de un grupo inexperto del que hicimos parte al lado de varios compañeros
que hoy faltan, tras haber entregado su vida en acciones científicas al servicio de la sociedad.
En dicha historia, la del volcán, el insigne investigador Jesús Emilio Ramírez S.J. en su obra Historia
de los Terremotos de Colombia (1983), describía las erupciones del Ruiz de 1595 y 1845, dando
cuenta de sendos flujos de lodo que se esparcen en el valle de salida del Lagunilla, hechos que
coincidirán con lo acaecido en 1985, sólo que para entonces no existía la población de Armero, la
que fuera fundada en 1895.
Los trabajos de Darrel Herd (1974), sobre vulcanismo y glaciación del complejo volcánico sumados a
los de Franco Barberi para la investigación del proyecto geotérmico del cual participé, definitivamente
le daban cimientos a las proyecciones del riesgo derivadas del reconocimiento histórico del Padre
Ramírez.
Si bien el motivo que nos congrega en cada efemérides es reflexionar para construir como colectivo,
mi aporte partirá de lo que ya he consignado hace diez años para similar propósito, en “Las lecciones
del volcán del Ruiz a los 20 años del desastre de Armero” (2005), de nuevas reflexiones hechas a
partir de la lectura de los desastres naturales que continúan surgiendo en la geografía de nuestro
convulsionado país, además de las experiencias ya vividas con la coyuntura volcánica en los
dramáticos sucesos de 1985, e incluso las acumuladas desde el año 1979 cuando participaba de las
investigaciones del potencial geotérmico del complejo volcánico Ruiz Tolima.
EL ALBA DE LA COYUNTURA
231
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
232
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
justificando su tardanza en la dificultad que tuvo para conseguir las piezas de repuesto; el hecho en
sí y la precaria justificación permiten mostrar la importancia que se le daba al asunto en Bogotá.
En agosto llega el científico Bruno Martinelli como respuesta del Cuerpo Suizo de Socorro a una
solicitud del Gobernador de Caldas y del alcalde de Manizales, tras un mes de preparativos en el cual
se decidió desarrollar la tecnología buscando adaptar los sismógrafos para operar en ambientes a
temperaturas bajo cero grados, lo que suponía hacer uso de la electrónica militar. Indudablemente
estos meses perdidos al lado de la inexperiencia que nos asistía, será una de las causas más
relevantes en el trágico desenlace de los acontecimientos.
Para información de ustedes, varios de los que actuábamos éramos de algún modo parte del equipo
organizado desde 1979 por Ariel César Echeverri, con la misión de investigar el potencial geotérmico
del Ruiz; la mayoría ingenieros con 500 horas de instrucción en Geofísica entre los años 1983 y 1984
impartida por eminentes profesores de las escuelas italianas de Nápoles y Pisa, y dos entre los
miembros del grupo, con estudios en Geotermia. Del equipo hacíamos parte entre otros, Néstor
García Parra QEPD, la geóloga Marta Lucía Calvache y Bernardo Salazar Arango como miembros del
Departamento de Geotermia de la CHEC, además del grupo de geoquímica de aguas termales de la
Universidad Nacional liderado por la Profesora Adela Londoño Carvajal.
Extensión espacial de los eventos del V. N. del Ruiz en 1985. Fuente: www.tulane.edu
Estando presto a salir Bruno Martinelli para Suiza quien un mes antes había cambiado un volcán de
África, el Niragongo, por el Ruiz, este geofísico de enorme dimensión humana debió esperar para
la evaluación de la información sismológica recogida en los entornos del antiguo refugio del Ruiz
donde se hospedaba, porque al medio día de ese 11 de septiembre se produce una erupción freática
en el cráter Arenas, cuyas cenizas llegan a Manizales para despejar las dudas de los más escépticos.
Confieso que, si bien desde 1979 estábamos investigando el tema de los volcanes, el evento nos llevó
a esa extraña dimensión que señala Lévi Strauss en Tristes Trópicos, porque frente a semejante
fenómeno estábamos como quien cree saber de un extraño lugar porque colecciona sus imágenes,
al que no ha viajado para sentir su compleja naturaleza y experimentar su carácter.
233
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Esta erupción temprana y desconocida que se hace sentir en la ciudad y genera pequeños flujos de
lodo que cierran la vía a Murillo, le da la connotación suprarregional al riesgo, y sobre todo detona la
ya aplazada confección del mapa de amenazas del Ruiz. De lo ocurrido en ella, a finales de ese mes
el equipo de Ingeominas pudo establecer, no sólo la velocidad del pequeño flujo de lodo, sino también
la certeza de su ocurrencia en caso de una erupción mayor, dato importante para estimar el tiempo
disponible para evacuar a Armero.
Igualmente, Ingeominas informa de un represamiento del Lagunillas en la vereda El Cirpe,
consecuencia de actividades mineras, un elemento aislado pero fundamental porque vinculará al
imaginario de esos pobladores la amenaza temida con la suerte de Armero, así la magnitud de tal
represamiento con tan solo 200.000 m3 no compitiera en tamaño y alcance espacial con los
voluminosos lahares históricos.
Tras el evento, se crea el Comité de Estudios Vulcanológicos de la Comunidad Caldense, bajo la
coordinación de Pablo Medina Jaramillo con la secretaría científica de José Fernando Escobar Escobar
como coordinador de Ficducal, fundación que reunía a las cinco universidades de Manizales y cuyas
actas juiciosamente recolectadas dan testimonio de las actividades y esfuerzos de diferentes
instituciones y autoridades de la ciudad, buscando darle buen trámite a una preocupante crisis que
no encontraba el eco esperado en el gobierno nacional. Como ilustración: cuatro meses antes de la
catástrofe aparece la famosa carta de la jefe de la Oficina de Relaciones Internacionales del Ministerio
de Educación, ofreciendo su mediación al gobernador de Caldas para que se le solicite por ese
conducto a la Unesco “evitar que el volcán del Ruiz se reactive”.
A finales de septiembre, además del histórico debate del parlamentario caldense Hernando Arango
Monedero, calificado de apocalíptico en una respuesta del Ministerio que justifica con un pálido
balance sus acciones insustanciales, el citado Comité que también recibe las advertencias de UNDRO
sobre la posible ocurrencia de flujos de lodo por el río Chinchiná, entre otros eventos de menor
relevancia para Manizales, conoce del Censo efectuado por Corpocaldas a lo largo del drenaje de sus
tributarios, y revisa una carta del Gobernador de Caldas para solicitarle al gobierno central acciones
para atender la problemática. En ese estado de cosas, recuerdo haber solicitado incluir en ella tareas
de preparación para la comunidad expuesta en las zonas de alto riesgo y llamar la atención al
gobierno para proveer lo que se requiriera para atender los evacuados, incluyendo entre ellos los que
moran dentro de un radio de 10 Km y los pobladores de Armero, además de los censados.
Para entonces, los temidos tremores del volcán identificados finalmente por Martinelli y reportados
ahora por el equipo de sismología, a juicio de éste resultaban preocupantes; la columna de vapor
alcanzaba alturas sostenidas que superaban los 10 km, y se implementaban estrategias informativas
que hacían uso del manual de UNDRO para el debido manejo de las emergencias volcánicas. Además,
la ya visible exacerbación de la actividad fumarólica era interpretada por nuestro grupo de
geoquímica, como evidencia de que se empezaban a generar los efectos decisivos previstos por W.
Giggembach sobre el tapón del cráter Arenas, y con ellos una posible reducción en la presión del
sistema que conduciría a la erupción.
EL ESTADO DE LA PREVISIÓN
234
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
energía que se observa sobre el talud de la vía a Murillo, por ser a nuestro juicio un evento poco
probable que ameritaría otro tipo de manejo, siempre se consideró probable una erupción de entre
1 y 2 km3, con una columna eruptiva vertical y no de colapso, dado el coeficiente explosivo de nivel
moderado bajo del magma andesítico del Ruiz, a diferencia de lo que puede esperarse de uno dacítico
de nivel moderado alto como el de Cerro Bravo o el Huila, donde la columna eruptiva típica es de
colapso, y por lo tanto con nubes ardientes de mayor alcance.
Entre tanto mientras las labores del monitoreo rudimentario continuaban, seguíamos confiados en
que a falta de un sistema telemétrico el volcán se anunciaría a distancia y en que uno de nuestros
miembros que permanecía en el lugar: el Ingeniero Bernardo Salazar Arango, exponiendo su vida
para observar los sismógrafos allá, informaría en tiempo real por radio sobre cualquier evento de
carácter sorpresivo: ambos, volcán y hombre, cumplieron a cabalidad, pero la última señal no fue
suficientemente interpretada, como tampoco las que ya había dado el volcán anticipadamente desde
horas de la tarde.
Hasta aquí la corta extensión espacial y temporal del monitoreo sismológico y geoquímico, donde
gravitaba la falta de observaciones de otras variables físicas, como las deformaciones que dependían
de medidas geodésicas no implementadas, y de unas observaciones morfológicas, que al no ser
sistemáticas a causa de las dificultades y condiciones ambientales, resultaban insuficientes: todo este
acerbo impedía generar una línea base para el volcán, necesaria como instrumento para
un diagnóstico adecuado y con suficiente aproximación, para calificar el grado de anormalidad de los
fenómenos observados.
Recuerdo cómo un día antes de la erupción, el grupo de geotermia descendió una vez más y por
última vez al fondo del cráter Arenas, para tomar otra muestra de los gases intentando capturarlos
en las fumarolas antes de que emergieran y entraran en contacto con la humedad del aire, para
malograrse. En esta riesgosa expedición que incluía la tarea adicional de observar las eventuales
dinámicas morfológicas, no se reportaron cambios significativos del cráter.
Pero al día siguiente, el de la erupción del 13, siendo las 7:30 PM cuando procedíamos a dar inicio al
análisis geoquímico en el Laboratorio de la Universidad Nacional, observábamos las muestras
obtenidas, con un aspecto turbio inquietante, asunto éste que sumado a los eventos preeruptivos del
día, permite calificar la imposibilidad que teníamos de aventurar un pronóstico.
.
NOCHE DE MUERTE Y DESTRUCCIÓN
236
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Y a los pocos días de haber concluido la elaboración del mapa de amenazas, a pesar de la caída de
cenizas que desde horas de la tarde afectaba a Armero, de las llamadas al cuerpo de bomberos de
la “Ciudad blanca” efectuada desde uno de los municipios cordilleranos, de haberse informado el
inicio de la erupción por la doble vía que se esperaba: la del volcán y la del hombre, los flujos de lodo
estimados después en 100 millones de metros cúbicos, que descendieron raudos desde los glaciares
del volcán nevado por las dos vertientes cordilleranas, avanzaron arrasándolo todo hasta alcanzar los
poblados ubicados en los valles de salida de los ríos, pero la población no fue evacuada.
Por la vertiente del Cauca las riadas de lodo tardaron más de una hora hasta río Claro y parte de
Chinchiná, y por la del Magdalena unas dos horas hasta Armero, transitando por la cuenca del
Lagunillas, y dos horas hasta las partes bajas de Mariquita primero, para seguir luego a Honda por
el Gualí. En Armero los lahares, masas donde participaron agua y sólidos casi por mitades, cubrieron
con 2 m de lodos unos 30 km2 del valle, en varias direcciones incluida la del río Sabandija por el
norte, ajena a este drenaje.
Y como me he preguntado ahora: ¿por qué antes del 13 de noviembre no se produjo ninguna acción
ante la advertencia expresa de que, en caso de una erupción, Armero sería borrado por una
avalancha? – esto de conformidad con lo que el mapa oficial mostraba desde su primera versión de
inicios de octubre, así fuese preliminar -.
Posiblemente el trabajo que emprendimos a la fecha fue tomado como un simple ejercicio académico,
o también la sistemática preocupación por la información que se daba en la prensa, dudosamente
calificada de alarmista, terminó con sus voces por apagar las luces de sensibles periodistas, y por
desmantelar una estrategia que pudo contribuir a la necesaria apropiación social del territorio para
lograr la prevención del desastre.
Calificados expertos de varios países, después de recopilar la información sobre los antecedentes y
analizar los hechos, coincidieron en denominar lo ocurrido como “una catástrofe anunciada”, mientras
aquí unos y otros rompían sus vestiduras amparados en la imposibilidad de predecir el
comportamiento de un volcán, para decir que la suerte padecida por unos 25.000 colombianos fue
culpa de la indómita naturaleza y olvidando de paso que los desastres no son naturales, así lo sean
los eventos que los generan. La erupción de 1595, tiene como antecedentes de importancia para
estimar la duración de las fases preeruptivas del Ruiz, que la identificación del volcán por los
conquistadores, se hizo varias decenas de años antes del paroxismo: hacia 1540 en crónicas desde
Anserma y Cartago y hacia 1553 en un mapa desde Victoria Caldas y Mariquita.
En comparación con los eventos históricos del Ruiz acaecidos en 1595 y 1845, la segunda entre las
tres erupciones históricas parece haber generado los mayores flujos de lodo, y la de 1985 no solo
fue la de los lahares más modestos sino también la erupción de menor magnitud por volumen de
lava erupcionado. Si por volumen la erupción del 19 de febrero de 1845, con unos dos km3
acumulados y vertidos tras 250 años de calma volcánica, pudo duplicar el volumen erupcionado en
1595, para la actual erupción después de 140 años de calma, el volcán podría disponer de al menos
1 km3 de magma, dado que lo se ha vertido ha sido solo una fracción de dicha unidad.
Respecto a la erupción de 1845, esto: la gran extensión de la fase de calma que le antecede, el tipo
y característica de la erupción, al tratarse de un evento de mayor volumen, pero orientado y sin
columna vertical notable, sumado a que el volcán no se anuncia con una actividad preeruptiva visible
a distancia desde principios del siglo XIX, son hechos que permitirían inferir un taponamiento del
cráter por aquella época, situación que no ocurre ahora donde el conducto del cráter Arenas funciona
adecuadamente según lo ocurrido en el Ruiz desde 1985.
En cuanto a los ambientes glaciares, mientras las dos primeras erupciones citadas se dieron durante
una pequeña glaciación ocurrida entre 1550 y 1850, con picos fríos en 1650, 1770 y 1850, lo que se
237
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
explica por una baja actividad solar, habrá que tener en cuenta el actual deshielo, donde los 29 km
del manto de hielo del PNNN existente en 1979 se han reducido casi cuatro veces, como consecuencia
del calentamiento global, fenómeno global donde inciden factores antrópicos (emisión de gases de
invernadero y deforestación) y causas naturales (el incremento actual de la actividad solar). Además,
si bien la erupción de 1985 fue calificada de subpliniana o de nivel 3, al haber cobrado unas 25.000
víctimas mortales queda la lección para no subestimar estos eventos, dado que la del Ruiz (1985)
con apenas 1/10 de km3 de magma vertido hasta ahora, por el número de vidas cobradas se ubica
en el tercer lugar entre los desastres volcánicos más catastróficos del siglo XX, después del Tambora
(1915) con 56.000 y del Krakatoa (1883) con 36.400 víctimas.
Esto es, hace 30 años a pesar del compromiso de la comunidad científica que asumió tareas, del
esfuerzo de la Cruz Roja y de la Defensa Civil locales en materia de prevención, queda pendiente
pagar un saldo que únicamente se liquida sin volver a repetir la tragedia de Armero. Y lo digo porque
antes de la erupción del 13 de noviembre de 1985, previo al paroxismo de las 9:20 de la noche hora
local, desde las 3:05 de la tarde hubo emisiones de ceniza, y antes del anochecer a modo de señal
premonitoria la arena volcánica y fragmentos de pómez caían sobre al poblado tolimense, en un
ambiente enrarecido por un extraño olor azufrado.
Todo, porque allí como en otros lugares se carecía de una instrucción precisa, de unos medios
mínimos y de unos procesos previos de preparación adecuados, para que la población evacuara frente
a un evento sorpresivo, el que también daba tiempo al menos para mitigar la desgracia. Esto es, la
insuficiencia de la información gravitó, ya que no resultó suficiente la historia y que el mapa no se
socializó; también faltaron las instrucciones y el protocolo para evacuar, señalando el por qué,
cuándo, cómo y a dónde ir, por lo menos, e incluso, los simulacros del caso como parte de la
información intangible.
EPÍLOGO
238
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
239
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Me temo que, con una visión de corto plazo y la baja propensión a las acciones estructurales
señaladas, estaremos desaprovechando el esfuerzo de muchas instituciones del país, como la de
nuestros observatorios vulcanológicos y sismológicos que han perdido algunos de sus miembros,
comprometiendo la suerte de la Nación y exponiendo a varias comunidades vulnerables de Colombia
en lugares donde el riesgo no resulta racionalmente mitigable.
Manizales, noviembre 11 de 2015.
Documento preparado para la conmemoración del trigésimo aniversario de la tragedia, en el
Contexto de CT&S, de la UN de Colombia, Sede Manizales.
…
ENLACES U.N.
Amenazas naturales en los Andes Gestión del riesgo natural y el Manizales: intervención y uso del
de Colombia. caso de Colombia. suelo urbano.
Ciclo Geológico. Gestión del Riesgo por Sismos, Manizales: política pública
Colombia: riesgos geodinámicos Volcanes y Laderas. ambiental y gestión del riesgo.
y hábitat. Haití sin resiliencia para el Manizales, un escenario de alta
Cumanday, ¿el león dormido? desastre. vulnerabilidad socioambiental.
El desastre en el río Mira. Hidro-Ituango: una lectura a la No hay más terremotos,
El modelo de ocupación urbano – crisis simplemente desastres más
territorial de Manizales. Huracán Iota: tifón que abate a grandes.
El Paisaje Cultural Cafetero de San Andrés. Por falta de bosques con el agua
Colombia PCCC: una visión Huracanes y terremotos acechan. al cuello.
prospectiva. La amenaza volcánica de Cerro Riesgo sísmico: los terremotos.
El Ruiz, amerita medidas de Bravo. Riesgo en zonas de montaña por
prevención y no pánico. La amenaza volcánica del Cerro laderas inestables y amenaza
El siniestro de Mocoa, designio Machín. volcánica.
de la imprevisión. La Merced – Caldas, dinámicas Sismo, bahareque y laderas.
El volcán y el desastre de ambientales y cambio climático. Sistema solar) – PDF (Capítulo 3
Armero. La minería en Caldas. Manualgeo).
Gestión ambiental del riesgo en Llega el invierno, ¿pero la Vulcanismo) - PDF (Capítulo 6
el territorio. vulnerabilidad qué? Manualgeo.
IMÁGEN DE COMPLEMENTO:
Lahares asociados al V. N. del Ruiz, de 1595, 1845 y 1985, en Armero. Mojica, Jairo and Brieva,
Jorge and Villarroel, Carlos and Colmenares, Fabio and Moreno, Manuel (2012). Imagen
adaptada. http://www.bdigital.unal.edu.co/31455/
240
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 9
CONSOLIDACIÓN DE SUELOS
La compresión que sufre un suelo se debe a la disminución del volumen de los poros, ya que las
partículas se asumen incompresibles o de efecto despreciable. En suelos saturados la compresión
ocurre solamente si se presenta drenaje de agua.
NV N T T
V = 2
; h = 2h ; V = V2 ; h = h2 (9.2)
a a a a
241
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Datum
Datum d
h d
d L L
B C
L
A
d
d
d L
L L C U
-DU
A B
+DU
U
U
Aumenta U en DU U = W (L + d ) Disminuye U en DU
' = '*L
Disminuye ’ en DU Aumenta ’ en DU
' = ( SAT − W )L
DU = + W h = SAT * L + W d DU = − W h
= SAT * L + W * d = SAT L + W d
Con flujo ascendente (A) Sin flujo (B) Con flujo descendente (C)
PTO CE CP CT PTO CE CP CT PTO CE CP CT
A -d d 0 B -d d 0 c -d h h-d
A -d - L L + d + h h B -d - L d + L 0 C -d - L L -d
PA – Pa = +h PB – Pb = 0 PC –Pc = -h
ESFUERZOS en A ESFUERZOS en B ESFUERZOS en C
U A = (d + L + h ) W U B = (d + L ) W U C = (d + L − h ) W
'= 'L − W h '= ' L '= 'L + W h
a b c
z z z
1 2 3
A B C
242
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El esqueleto mineral se puede asociar con un resorte o muelle que se comprime por las cargas
aplicadas al terreno: conforme al agua sale por el orificio
estrecho del pistón, el muelle se deforma; los esfuerzos, antes
soportados por el agua, los soporta ahora el muelle: P
P
Si P = M + W también = ’ + U, donde:
= Presión total o esfuerzo total.
’ = Presión intergranular o esfuerzo efectivo. Fuerza P
P= M+W
U = Presión de poros o esfuerzo neutro (p.p.) al muelle
W
Un suelo puede presentar deformaciones permanentes o no por causa de las cargas que soporta. Las
deformaciones pueden ser:
9.4.1 Deformación elástica: El suelo puede recobrar su forma y dimensiones originales, cuando cesa
la fuerza de deformación.
9.4.2 Deformación plástica: se da corrimiento de la masa del suelo, pero la relación de vacíos
permanece más o menos constante. Al retirar las cargas el suelo queda deformado, pero su volumen
casi se mantiene.
9.4.3 Deformación compresiva: En este caso se presenta deformación en el suelo sometido a carga,
y esta se conserva después de esa acción. Esta deformación puede ser por CONSOLIDACIÓN o por
COMPACTACIÓN.
b) Compactación: Es la densificación del suelo, lograda por medios dinámicos, con el propósito de
mejorar sus propiedades ingenieriles.
9.4.4 Clases de consolidación. Puede ser PRIMARIA o SECUNDARIA. Primaria, cuando cargado
el suelo, la reducción de volumen se debe a la expulsión del agua, fenómeno en el que se transfiere la
carga soportada por el agua al esqueleto mineral, esta es la consolidación propiamente dicha, típica
del caso de los suelos de Ciudad de México y de la Torre de Pisa, y con la que nace la Mecánica de
Suelos (Terzaghi, 1925). Secundaria, cuando la consolidación se da por reajuste del esqueleto mineral
y luego de que la carga está casi toda soportada por este y no por el agua.
EDÓMETRO o consolidómetro
Las cargas se van doblando cada vez y los incrementos se hacen cada 24 horas. Finalmente, la
descarga se hace gradual.
Cada carga permanece constante sobre la muestra un tiempo conveniente, para lograr la consolidación
completa bajo dicha carga. Se estima que en un tiempo mínimo de 24 horas se logra esta condición;
transcurrido el tiempo se aplica una nueva carga, siguiendo una relación geométrica con la anterior.
Se acostumbra aplicar una serie de 0,50, 1,00, 2,00, 4,00, 8,00, 16,00 Kg/cm2. Al alcanzar a la presión
predeterminada de carga dentro de la serie programada, se procede a realizar la descarga, por
decrementos en el orden similar al de la carga.
En el ensayo se toman los tiempos t1, t2, t3, …., y las deformaciones respectivas H1, H2, H3,.., en el
dial vertical.
Con los puntos obtenidos se dibuja la curva tiempo en minutos en el eje de las abscisas y en escala
logarítmica, y los asentamientos en el eje de las ordenadas en escala aritmética. Se obtienen las curvas
de la figura 9.7.
Las curvas que relacionan las cargas (P), con la relación de vacíos son:
244
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
1,5 1,52
De De
av = Cc =
Dp log( p0 + Dp ) − log p 0
1,45 1,47
a e0 Vv
mv = v e=
1,4 e0 1 + e0 De Vs
1,42
e
e De e
1,35 e 1,37
1,3 1,32
DP DP
p0 p p0 p
1,25 1,27
0 2 4 6 8 0,1 1 10
P (Escala aritmética) P (escala semilogarítmica)
De
Coeficiente de compresibilidad (av) (unidades L
2
aV =
DP
): (9.3)
F
2
Coeficiente de compresibilidad volumétrica (mv) ( L ), en el que e0 es la relación de vacíos del
F
suelo antes de un incremento de carga específico y de interés para el geotecnista:
aV
mV = (9.4)
1 + e0
245
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
NOTA: CV = f(ti, TV, Hi): tiempo, factor tiempo y espesor de la muestra en ti.
246
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CURVA - t : Otra forma de obtener CV es dibujando esta curva en escala aritmética y que requiere
un ajuste para obtener t90, así: la curva se inicia recta desde el origen M. Se prolonga esa parte inicial,
que es lineal y sobre la cual quedará el punto B, que habrá de quedar sobre AD = ordenada para 90%.
Debe buscarse al tanteo la altura de AD que satisfaga la condición de que AC = 1,15*AB, siendo c
un punto de la curva con coordenadas (90%; t 90% ). Finalmente se leen las coordenadas de C que es
el punto correspondiente al 90% de la consolidación promedio U para calcular CV. En esta curva,
con U = 0% y U = 90% , sobrepongo UV.
247
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Volumen de sólidos
hS = altura de sólidos =
área de la muestra
La muestra pierde volumen a expensas de los vacíos: el volumen de vacíos (VV) cambia, pero no el
volumen de sólidos (VS), entonces:
− hV
hV0
hV − hV
S = hV0 − hV = 0 h= h
hS hS
hV0 + hS hV0
hS
+
hS
hS
e0 − e De
S= h= h = Dh (9.5)
1 + e0 1 + e0
av
S= DP h Pero de (9.3); De = aV * DP trayendo (9.3)
1 + e0
Se calcula S que es el asentamiento total de una cimentación por la consolidación que experimenta el
suelo arcilloso.
S = mv DP h (9.6)
1) S = mV*DP*h
2) =P *L = * L
1.2. Figura 9.11. Deformación vertical con confinamiento
A E E lateral.
P/A es esfuerzo y L longitud del material con deformación (); entonces h y L son análogos (longitud);
DP y son análogos (esfuerzo), y deformación (S) con son análogos (L). Así mV con 1/E tienen
2
analogía ( L ). mV es el inverso de E: uno expresa COMPRESIBILIDAD, el otro RIGIDEZ.
F
Rigidez es, en efecto, lo opuesto a la deformabilidad.
248
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Sometiendo a compresión confinada un espécimen, las curvas de relación de vacíos (e), Vs (P=’),
en escala logarítmica (Figura
9.12), son:
Las curvas muestran el tramo virgen b-c o r-c, cuya pendiente es CC. También muestran el tramo de
recompresión (Cr), con menor pendiente. (CR = índice de recompresión) en los cuales el suelo se
somete a procesos de carga – descarga (a-b c-f). Para calcular CC o CR se utiliza la expresión (9.7)
(e1 − e2 ) De
C= = (9.7)
'
log 2 D log P
'1
Las curvas I, II, II y IV convergen en c, punto para el cual e = 0,4e0. También, después de cada ciclo
de carga–descarga la trayectoria continúa por el “tramo virgen” con pendiente (CC). Las condiciones
reales en el campo permitirán determinar si el suelo estará con ’REAL ’c
Llevando (9.8) a (9.5), se puede calcular el asentamiento (S) en función del índice de compresión
(CC), o de recompresión (CR). S = f(CC)
CC P + DP
S= H log 0 Asentamiento (9.9)
1 + e0 P0
mV * H 2
K= W (9.11)
t
En donde la permeabilidad se expresa en función del coeficiente de deformación volumétrica (mV),
del tiempo de consolidación (t) y del espesor (H) de la capa drenante (ver H = H0 o H = H0/2, figura
9.16).
250
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
(1 + e0 ) Va (1 + e0 ) Va aV Va
CC =
− De
CC = CC = mV CC =
0,435 D 0,435 0,435 D log V
Obtener la curva de deformación volumétrica contra presión vertical (en escala aritmética todo) con
los siguientes resultados de una arena calcárea, SW, sometida a un ensayo edométrico. Comente la
curva.
CURVA DE DEFORMABILIDAD
V =Kg/cm2 DVolumen % V DV % 0,00 5,00 10,00
Presión Vertical V (Kg/cm 2)
15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
0
1,5
Comentario:
4,00 En la curva1,86aparecen8,00
los dos ciclos de
3,57
3
8,00 recuperada1,90
deformación es del 0,32 4,00 3,42 1,64) y
(1,96 menos 4
También, en el segundo ciclo, la arena inicia con menor rigidez que en el primer ciclo (observando
las presiones menores que A la segunda curva es más tendida o menos inclinada). Esto porque ya se
han producido deslizamientos entre partículas a esos niveles de carga, y fracturas como se comentó.
251
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
a) ARCILLA PRECONSOLIDADA: Es aquella que recibe hoy cargas menores de las que en su
historia geológica ha tenido. Esta arcilla es más dura.
Relación de sobreconsolidación RS
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Hipótesis
NOTA: se asume que el suelo se consolida en medio de dos capas de arena. La capa superior es un
estrato de arena horizontal con carga uniforme. (Ver figuras 9.16a y b; esta situación es la del
experimento de la figura 9.6).
253
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
q
Are na
a
t H Flujo
Arcilla t t t t
t
H Flujo
Are na U
e Dp
e1 U1
b
U
p
e2
p
p1 p2
Figura. 9.16a: Isócronas mostrando cómo se disipa la presión de poros U en el tiempo ti. Como =
cte., ’ aumentará a medida que el agua sale del estrato compresible de arcilla hacia las capas de
arena, superior e inferior.
Figura 9.17a: Estratificación horizontal con flujo vertical y carga q uniforme. Un estrato de arcilla
que se consolida entre dos suelos más permeables.
Figura 9.17b: En un elemento de altura dz, comprimido, fluye agua verticalmente. En el tiempo dt,
entra un volumen de agua dv2 y sale un volumen dv1.El movimiento de agua es producido por la
diferencia de presiones de poros U1 y U2 entre los puntos 1 y 2.
A dv
q 1 U =U
Arena a dz b
Lámina dz u
z H 2 U2 =U + dz
A dv z
H
Z
Datum
Arena
254
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El elemento infinitesimal perderá volumen a causa de la salida de agua. La pérdida de agua se estima
de dos modos:
Para el elemento de suelo escogido, fig. 9.17a y 9.17b, el agua sube, y el flujo se debe a la diferencia
de presión entre 1 y 2 que es U1 – U2:
U
U2 = U + dz subpresión hidrostática en 2 (9.15)
Z
1ª forma (DARCY)
1 U
dV1 = K * dt (asumimos Área = 1)
W Z
K U
dV2 = * U + dz dt
W Z Z
K 2U
DdV = * dz dt (9.18)
W Z 2
255
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
De de
Recordando, S = h o sea : DdV = dz ; (área = 1)
1 + e0 1 + e0
aV * d '
DdV = dV1 − dV2 = • dz = mV d ' dz (Sección 9.7)
1 + e0
Pero, la carga del terreno es constante; entonces, aunque varían U y ’, no variará y siempre = U
+ ’. Esto sugiere, además, que o = dU + d’, que es lo mismo que dU = -d´.
U d ' U
Luego: =− d ' = − dt
t dt t
U
DdV = −mV dt dz (9.19)
t
U K 2U
mV = dt dz = dz dt
t W Z
U K 2U
= * 2
t mV W Z
U 2U
= CV (9.20) “ECUACIÓN DIFERENCIAL DE CONSOLIDACIÓN”
t Z 2
K V H 2
En (8.20), CV = = = coeficiente de consolidación (Figura 9.7) (Ecuación 9.10)
mV W t
Nota: La solución de una ecuación diferencial es una integral. La integral se resuelve con base en
sumatorias (por intermedio de series). Estos resultados se presentan en ábacos.
Si la extensión de la carga sobre el terreno es ilimitada y la presión aplicada “q” es constante con la
profundidad, inicialmente los esfuerzos los asume el agua intersticial en la forma de un exceso de
presión de poros, (U0e).
256
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
U C
Para 0 < t < : = 0 en Z = 0; Ue = 0 en Z = H
Z
Z
= sen M 1 − exp(− M 2 V )
U e m = 2
(9.21)
U 0 e m =0 M H
donde M = (2m + 1) con m = 1, 2, 3, .,
2
CV t
TV = Factor (adimensional) de tiempo vertical; V = (9.22)
H2
(No confundir TV con t)
mv e0 − e
Deformación unitaria
f UV =
Relacipon de vacíos e
e0
av e0 − e f
e
0 e (9.23)
A
v0 v vf v0 v vf
e0 − e '− '0
Figura 9.18 Grado de Consolidación si = (9.24)
e0 − e f ' f − '0
257
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
'− ' 0
UV =
(9.25) ' f − ' 0
hp S (H – Z) = ’0 + uh
H-z hh
y luego de aplicar la carga q
V(z+dz) H
Dz
para t = 0 q + S (H – Z) = ’0 + uh +U0e
z Vz para t = t q + S (H – Z) = ’ + uh +Ue
Datum
para t = q + S (H – Z) = ’f + uh
Uh = presión de poros (p.p.)
Ue
U V = 1 − (9.26)
Ue = sobrepresión o exceso de p.p. U 0e
U0e = exceso de p.p. en t = 0 o sobrepesión inicial
+z
H = H0 2 H0
-z
Drenaje doble
+z
H = H0 H0
Roca
Drenaje simple
258
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
m = 2
UV = 1 −
Z
sen M 1 −
( 2
exp − M V ) (9.27)
m =0 M H
La ecuación 8.27 puede resolverse para varios valores de UV en función de Z/H y de TV. Podemos
hacer Z V = HZ . Si la lámina de agua reposa en una frontera impermeable y sólo drena hacia arriba,
lo que se denomina drenaje simple, se trabaja con la mitad superior del ábaco UV, TV, ZV, y en drenaje
doble, con todo el ábaco. La figura aludida refleja el proceso de consolidación, ya que muestra la
rapidez de aquel en las fronteras drenantes y la lentitud en la frontera impermeable. Además, muestra
cómo la consolidación avanza en el tiempo, a medida que aumentan los valores de ’.
Figura 9.21 ÁBACO DEL GRADO DE CONSOLIDACIÓN UV=f(ZV, TV) (ecuación (9.27)
Z
ZV =
H
CV t
TV =
H2
H = H0/2
259
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Drenaje doble
Pero además de los valores UV, también se requiere el grado promedio de consolidación U V , que
refleja el asentamiento en toda la superficie horizontal. Por analogía en la ecuación (9.26) y teniendo
en cuenta la ecuación (9.21)
H
Ue 1 U Ue
UV = 1 − = 1 − e dz (reemplazo )
U 0e H 0 U 0e U 0e
Z
M senM 1 − M exp(− M )
H m =
1 2
UV = 1 − 2
TV dz
H 0 m =0
( )
m =
2
UV = 1 − exp − M 2TV (9.28)
m =0 M
260
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
U V = Consolidación promedio.
T U (%)
0,001 0
Grado de consolidación 0,008 10
en el plano medio Uv
0,018 15
0,031 20
0,049 25
0,071 30
0,096 35
Grado promedio de 0,126 40
0,159 45
consolidaciónUv
0,197 50
0,238 55
0,287 60
0,342 65
0,405 70
0,477 75
0,565 80
0,684 85
0,848 90
1,127 95
∞? 100
La velocidad de compresión secundaria (sección 9.6) depende de las propiedades físico – químicas
del suelo y es independiente de su espesor.
TV H 2 t C T H2
t= ; para a y b a = Vb Va * a2 (9.29)
CV t b CVaTVb H b
261
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
2
t H
a = a (9.30)
tb H b
Debe recordarse que, si existe doble drenaje, el problema considera H = H0 / 2, y si existe drenaje
simple, H = H0, por lo que con doble drenaje el tiempo se reduce a la cuarta parte.
Ejercicio 9.2.
Solución: Arena
’ = - U. Figura E 9.3
Consideremos el punto A con Zw = 29,50 m, que corresponde al nivel freático inicial, localizado en
la superficie del terreno (NAF1),
5
Lámina de espesor dz y de material compresible de la figura 9.17.
262
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
'0 =
2,65 + 0,54
(9,81)(25 ) + 2,70 + 1,2 (9,81)(4,5) − 9,81(29,5) G+e
1 + 0,54 1 + 1,2
SAT = W
1+ e
A
El cuadro presenta el diagrama de esfuerzos (KPa): en los contactos, el cálculo es similar. Además,
D’= ’ f - ’0
Figura E 8.3b
263
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
➢ La última columna, ’+q, muestra el incremento que tendrán los esfuerzos efectivos, después del
proceso de consolidación. El estado inicial de esfuerzos sólo se muestra en las columnas
anteriores.
264
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
M e0 = 1,83; 0 = 0,692 Kg
cm 2
− De 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
mV = *
1 + e0 D V 1,9
e=1,92 e=1,83
1,8
M
N e = 1,40; = 1,720 Kg
cm 2
1,7
1,6
e=1,50
1,5
Ñ V=0,692
0,43 1
mV = = 0,15 cm Kg = 0,15 *10 −3 cm gr
2 2 e=1,45 e=1,40
* 1,4
V=1.717
(1 + 1,83) 1,028 1,3
N
P
O
1,2 e=1,25
e=1,22
0,69
1,38
2,77
Resultados del ensayo de consolidación
Esfuerzo vertical (v)
e 1,92 1,83 1,50 1,20 1,22 1,25
v Kg/cm
2
0 0,69 1,38 2,77 1,38 0,69 Figura E.92
K
CV = K = 0,018 m año = 5,7 * 10 −8 cm sg
W * mV De S
VACÍOS e
5,7 * 10 −8
CV = = 4 * 10 − 4 cm seg = 1,26 m año
2 2
h
1 * 0,15 * 10 −3
SOLIDO 1
De 0,43
SC = * H0 = * 4,20 = 0,64 m (según diagrama)
1 + e0 1 + 1,83
265
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CV t Efectivos Poro
Punto H Z ZV = Z t CV TV =
H H2 UV 1 - UV
B 2,10 1,05 ½ 4/12 12,6 * 103 0,095 0,24 0,76
C 2,10 2,10 1 4/12 12,6 * 103 0,095 0,05 0,95
D 2,10 4,20 2 4/12 12,6 * 103 0,095 1,00 0,00
Explicación de TV:
Limo 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Kg/cm 2
CV t A
TV = D
H2 B
=
12,6 * 10 3 * 412 0 Ue
(2,10 *100 )2 C
= 0,095 adimension al
D 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00
Arena Kg/cm 2
DIAGRAMA DE ESFUERZOS: F = ’0 + D’ + Ue
ESFUERZOS Y
PRESIONES DE POROS, 4 meses después: (Ton/m2)
266
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Punto Ue USS USS +Ue ’0 D´ ’0 + D’ ’FINAL ’INICIAL
B 7,79 5,35 13,14 6,24 2,46 8,70 16,49 6,24
C 9,74 6,40 16,14 6,92 0,51 7,43 17,17 6,92
D 0,00 8,50 8,50 8,29 10,25 18,54 18,74 8,29
Esfuerzos efectivos Esfuerzos efectivos
q(Uv-1) q (Uv)
finales iniciales
Donde Ue es la presión de poro en exceso. USS la presión de poros del cuadro anterior; además, se
presentan los esfuerzos anteriores y los actuales (4 meses después).
CV t 50 C t
TV 50 = 2
o con TV 90 = V 290
H H
267
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Factor tiempo TV: En el ábaco UV – TV de la figura 9.22; cortando la curva U V tenemos: Para
el 50% TV = 0,197; para el 90%, TV = 0,848
CV 50 + CV 90 6,9 + 7,4
Entonces; CV promedio = = = 7,15 mm minuto
2
2 2
aV De
mV = ; aV =
1+ e DP
De S
pero = , ecuación (9.4)
1+ e h
1,000 55
d) Cálculo de KV: (Esta estimación aproximada nunca suple el ensayo de permeabilidad directo,
sea de campo, sea de laboratorio. ecuación 9.10)
KV = 0,038 m / año
Se sabe que el valor típico de C en las arcillas normalmente consolidadas es 0,005 < CC < 0,05; en
las preconsolidadas, menos de 0,002.
268
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
GS w = S e , tenemos:
0,056
e1 = 1,489 − (1 + 1,489 ) = 1,350
1,000 Cálculo del índice CC: Es la
C = 1,350 − 1,337 = 0,013
0,061
e2 = 1,489 − (1 + 1,489 ) = 1,337
1,000
pendiente de la rama virgen de la curva de consolidación (en semilogarítmica), que se adjunta, y
que proviene del laboratorio.
269
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
VALORES TÍPICOS
➢ Los valores de CC para arcillas tienden a estar en el rango de 0,2 a 0,8, y para turbas, entre 5 y 10.
➢ Los valores de CV en muestras inalteradas, con 75mm y altura 20mm, en caolinitas, tienden a
estar entre 1 y 10 m2 / año.
➢ Los valores de mV típicos en arcillas suelen estar en el rango 0,001 < mV < 0,0001 m2 / KN.
➢ La permeabilidad K, en cm/seg, varía así: Para depósitos aluviales, de 0,4 a 0,01. Para depósitos
glaciares, de 2 a 1*10-4. Para depósitos eólicos, de 0,3 a 3*10-3. Para depósitos lacustres y arenas
uniformes y muy finas, de 1*10-4 a 6*10-3. Para arcillas, menor de 1*10-5.
Ejercicio 9.6.
Vía de 30 m de ancho
Un terraplén de 30 m de ancho y 5,00 m de
=2,00 Ton/m3 altura, para una vía, que se construirá en 8
5,00 Terraplén meses, se cimenta sobre un conglomerado
arcilloso de 4,00 m de potencia y cuyo
Capa de arena drenante basamento es una arenisca mal cementada.
270
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
q = Z = g Z = 2 9,81 5 = 98,1 KN m 2
CV * t 1,5 * 412
TV = = = 0,125 ➔ U V = 0,40 (ábaco TV – UV) (Figura 9.22)
H2 22
Respuesta: Asentamiento al final de la consolidación S = 47 mm
Ejercicio 9.7.
Una capa de 4,20 m (H) de espesor se somete a una sobrecarga DP de 15,00 Ton/m2. La capa drena
hacia dos estratos permeables e incompresibles. La carga inicial sobre el plano MM’ es 6,00 Ton/m2.
Del ensayo de consolidación, e0 = 0,78, CC = 0,23; CV = 0,0021 m/día.
M M
4,20 m
Figura E9.7
H Cc P + DP 4,2 0,23 6 + 15
DH = log( 0 )= log = 0,295 m
1 + e0 P0 1 + 0,78 6
Tv 0
H
T H 2
2 0,848 (2,1)2
t= v = = = 1780 ,8 días
cv cv 0,0021
271
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ejercicio 9.8
Ws 89
Vs = = = 33,97 cm3
Gs 0 2,62 1,00
Vv 38,03
Vv = VT − Vs = 72 − 33,97 = 38,03 cm3 e= = = 1,12
Vs 33,97
Gs + e (2,62 + 1,12) gr
sat = = = 1,76
1+ e 1 + 1,12 cm3
La arcilla:
Gs + e 2,58 + 3,534 gr
sat = = 1,35 3
1+ e 1 + 3,534 cm
272
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Se hace el cálculo de las presiones geoestáticas antes de considerar las cargas impuestas por el
terraplén, aplicadas en el centro de la capa de arcilla, posteriormente se calculan los esfuerzos finales
debido a la presión del suelo y del terraplén.
Los resultados del ensayo de consolidación y la curva relación de vacíos y logaritmo de carga vertical
es presentada a continuación y con estos se obtienen el coeficiente de compresibilidad volumétrica
de la arcilla.
RESULTADO DE ENSAYO
DE CONSOLIDACIÓN DE
LA ARCILLA
Esfuerzo
(Kg/cm2 ) e
0,01 3,53448
0,50 3,49556
1,00 3,44296
2,00 3,29492
4,00 2,91084
8,00 2,48141
4,00 2,50341
2,00 2,54575
1,00 2,58742
0,01 2,78392
Con los esfuerzos inicial y final, aplicados en el centro del estrato de arcilla se procede al cálculo del
asentamiento por efecto de la consolidación de la arcilla.
Punto
´v0 e ´vF e De q av mv S
Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 cm2/Kg cm2/Kg cm
Limo
Centro de la arcilla 0,55 3,49 1,75 3,34 0,15 1,2 0,125 0,0278 24,05
273
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
K 0,023 2
cv = = = 827 ,60 cm
mv 0,001 0,0278 día
Tv H 2 0848 (720 )
2
t= = = 531,2 días
cv 827 ,60
EXPANSIVIDAD DE SUELOS.
Existen suelos que se hinchan cuando aumenta su cantidad de agua y se retraen cuando esta cantidad
disminuye. Debe distinguirse el término POTENCIAL de EXPANSIÓN, de la EXPANSIÓN
proviene dicha pérdida de agua.
Las arcillas expansivas producen presiones verticales y horizontales afectando las cimentaciones,
empujando muros y destruyendo pisos y tuberías enterradas, con esfuerzos que superan los 20
Kg/cm2, ocasionalmente. En las vías se presentan ascensos y descensos que afectan su
funcionamiento. También, estos suelos expansivos se retraen y los taludes fallan.
En las arcillas preconsolidadas, por cargas o por desecación, estos fenómenos son factores altamente
contribuyentes. En arcillas normalmente consolidadas (o cargadas), los factores dominantes son dos:
a) Adsorción de agua y
GE = Grado de expansión en el consolidómetro con carga de 1 lb/in2, para una muestra de suelo
secada al aire y anegada en la prueba.
274
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
(V − V0 )
EL =
f
* 100 : Expansión en volumen de una muestra de 10 cm3 (pasa tamiz No 40 T40) que
Vi
se seca al aire y se vierte en una probeta, con agua, de 100 cm3. Cuando toca fondo se mide el nuevo
volumen.
PEX = Potencial de expansión (definido por Seed como el porcentaje de expansión vertical en el
edómetro de una muestra compactada, con óptimo y densidad seca máxima. Se coloca en el edómetro
y se anega con una carga de 1 lb / in2 = 0,07 Kg / cm2)
El Potencial de Expansión es bajo: 0–1,5%; medio 1,5– 5%; alto 15– 25%; muy alto > 25% (esta es
la escala de Seed).
---
TABLAS DE COMPLEMENTO
Potencial de G.E.
LR IP % < 0,001 EL
expansión consolidado
Muy alto. > 30% < 10% > 32% > 37% > 100%
Alto. 20% - 30% 6% - 12% 23% 45% 18% - 37% > 100%
Medio. 10% 20% 8% - 18% 12% 34% 12% - 27% 50% - 100%
Bajo. < 10% > 13% < 20% < 17% < 20%
Compresibilidad Vs. Cc y LL
275
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Qu (kg/cm2) < 0,25 0,25 a 0,5 a 1,0 1,0 a 2,0 2,0 a 4,0 > 4,0
0,5
Fuente: Terzaghi y Peck, 1980
Potencial de G.E.
LR IP % < 0,001 EL
expansión consolidado
Muy alto. > 30% < 10% > 32% > 37% > 100%
Alto. 20% - 30% 6% - 12% 23% 45% 18% - 37% > 100%
Medio. 10% 20% 8% - 18% 12% 34% 12% - 27% 50% - 100%
Bajo. < 10% > 13% < 20% < 17% < 20%
***
277
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
La ecología es la ciencia que se estudia los seres vivos y su relación con el hábitat.
Un ecosistema, es el conjunto de relaciones entre las comunidades de organismos vivos y el
medio ambiente que habitan.
Los ecosistemas, pueden ser acuáticos o terrestres: los primeros cuando habitan
mares, costas, lagos, ríos, y humedales, y los segundos cuando se ubican en el relieve emergido,
sobre montañas, planicies, valles, desiertos o glaciares.
De otro lado, la cultura, donde se incluyen saberes, valores y creencias de un grupo
social, incluye los medios materiales y organizacionales que desarrollan las comunidades
para garantizar la pervivencia y el desarrollo.
En el caso caldense, estos temas son relevantes por dos razones: desconociendo el carácter
mestizo del territorio, hemos invisibilizando el fundamental aporte cultural de nuestras
comunidades negras e indígenas en un propósito perverso de “blanquear la raza”, y la
producción literaria de la provincia, e igualmente venimos degradando el medio ambiente
presionado la estructura ecológica del territorio, a tal punto que en el Índice de Competitividad
Nacional 2019, con una nota de 3,63/10 en sostenibilidad ambiental, por
Caldas 1
Imagen3: Caldas: Biomas, Usos del suelo, y Mapas de Relieve y vías, cuencas
hidrográficas y variables climáticas. Corpocaldas
278
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Caldas, departamento que le aporta el 1,6% al PIB de la Nación, con una superficie
de 7888 km2, una altitud media de 3190 msnm tiene una población de 993 870
habitantes, de los cuales 270 mil son rurales y 300 mil viven en las cabeceras menores.
Gracias a su relieve y ubicación geográfica, además del sistema hidrográfico constituido
por numerosos ríos y quebradas que nacen en las cordilleras Occidental y Central, cuenta con dos
vertientes que drenan a las cuencas del Magdalena y del Cauca.
Entre las zonas de recarga, sobresalen los bosques altoandinos y páramos en las altas
cordilleras (mesa de Herveo, bosques de palma de Cera en Marulanda-Samaria, Cerros de Tatamá
y Caramanta), el Parque Natural de los Nevados, la Selva de Florencia y el Alto del Nudo, como
ecosistemas que alimentan tres acuíferos: el del valle del Magdalena, el del valle del
Risaralda y el de la región de Santágueda.
Dado el carácter escarpado del territorio, mientras en el oriente caldense existe un potencial
hídrico excedentario, contrariamente entre el km 41 y La Pintada no existe
agua subterránea por el alto grado de deforestación y presencia de rocas impermeables.
Siendo su principal acuífero el valle del Magdalena Centro, la cuenca más
degradada es la del Río Chinchiná tributario del Cauca, como cuna de una conurbación
de 550 mil habitantes.
Caldas 2
Imagen4: Escenarios de Cambio Climático 2011- 2100, para Colombia y el Eje Cafetero. Ideam
2015.
.
279
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Aunque en promedio las lluvias anuales varían entre 2000 y 3000 mm, las
precipitaciones alcanzan los 5000 mm anuales en el Nor-Oriente caldense y sólo 1500
mm al año en el Centro-Norte, sobre el corredor del Cauca y la alta cordillera.
En cuanto a coberturas según Corpocaldas, de una extensión de 744 mil Ha, las áreas verdes
del departamento en 2010 eran: 163 mil Ha en bosques (22%), 265 mil Ha en cultivos (36%) y
300 mil Ha en pastos y rastrojos (40%), tres cuantías que cubren el 98% de su escarpado
y deforestado territorio.
En el análisis de vulnerabilidad para el departamento dado el estado de las
coberturas, habrá que intensificar acciones para enfrentar la amenaza del cambio
climático, ya que, según el IDEAM para el fin de siglo, la temperatura podrá aumentar en
2,4°C en promedio, con valores mayores en la cuenca del Magdalena y en el cañón del
Cauca,
Y de acuerdo a los escenarios proyectados, la precipitación que se incrementará en la
cuenca del Cauca, en el pie cordillerano, desde Villamaría y Manizales
hasta Salamina, alcanzará máximos de un 30% y 40%. En el Oriente, no se esperan
incrementos en las precipitaciones.
La sociedad
280
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Historia regional
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el fin de la Guerra de los Mil Días (1903) en la que se crea el departamento (1905), ya que gracias
al café se cambian los caminos de arriería por modos de transporte como el cable aéreo (1923),
el ferrocarril (1927) y los vapores por el Cauca y Magdalena para exportar el grano.
En este segundo período que cierra tras la gran crisis de 1929, en el que se dan los
pavorosos incendios de los años 20 y evoluciona la arquitectura vernácula del bahareque gracias
a la apertura cultural que acompaña la actividad exportadora, el meridiano económico de
Colombia cruza por Manizales, y se crea además de la cámara de comercio (1913) la SMP (1912),
cuando según el censo de 1912 Manizales contaba con 34.720 habitantes, Pereira con 18.418 y
Armenia con 13.720.
Vendrá luego la tercera etapa de verdadero desarrollo: el período de las “chivas y jeepaos”
en el que los beneficios de la caficultura se irrigan al campo, para abrir caminos, electrificarlo y
dotarlo de acueductos, escuelas y puestos de salud gracias a los Comités de Cafeteros.
Y finalmente, con la revolución verde además de perder la salud del suelo y del agua, al sustituir
el sombrío y la biodiversidad por monocultivos y agroquímicos, conforme destruimos los
elementos tangibles e intangibles de nuestro patrimonio cultural y natural, la Colombia agraria
se fue urbanizando.
El territorio
Para desarrollar la identidad del Eje Cafetero como región biodiversa y pluricultural,
el Museo Interactivo Samoga de la U.N de Colombia Sede Manizales ha propuesto “Siete
mundos”, que interpretan el territorio como una construcción social e histórica. En dicha
propuesta, mientras tres mundos, los del arte, la cultura y la tecnología, contemplan
las estrategias necesarias para dar respuesta a las problemáticas de la ecorregión a partir de su
potencial natural y cultural, para su descripción se presenta el con cuatro subregiones,
recurriendo a una analogía con los cuatro elementos aristotélicos, así:
•Por el Mundo de la Tierra, Pachamama, que recoge el occidente minero con Anserma,
Marmato y Riosucio, un lugar de marimbas, de resguardos, de carnavales y de negritudes, y
además una subregión panelera con arquitectura de tapia pisada y vocación minera: en el oro
de Marmato y Riosucio existe más novela y poesía que en el café; para este territorio triétnico y
colonial, la música es el currulao.
•Por el Mundo del Agua, Bachué, en la subregión magdalenense con su recurso hídrico
excedentario; es el oriente caldense, tierra de ranchos de hamacas, de chinchorros, de subiendas
de bagres, nicuros y bocachicos, del petróleo de Barranca, de la historia de los vapores por el río
y de la Expedición Botánica. Es la subregión del bunde, donde sobresalen el bosque de Florencia
y los humedales del Magdalena.
•Por el Mundo del Aire, Yuruparí, donde el aroma de la tierra del café cubre los dos ejes de
la colonización antioqueña; es la región Cafetera propiamente dicha, que empieza en Neira y
llega hasta el norte del Valle; es la tierra de las chivas, del bahareque de guadua, de los cables
aéreos, de los Ferrocarriles Cafeteros, del bambuco y la música de carrilera. En este territorio de
guaduales y yarumos, la gastronomía se relaciona con el plato montañero.
•Por el Mundo del fuego, Chiminigagua, para la alta cordillera con sus volcanes y las fértiles
tierras de San Félix-Murillo; un espacio geográfico que tiene sus propios íconos en el cóndor, el
pasillo, la ruana de Marulanda, los caminos empalizados, la palma de cera, el pasillo y el sombrero
aguadeño. Es el territorio del páramo y el bahareque “parado” o entablado.
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Este territorio de la vertiente occidental del cañón del Río Cauca, fue reconocido desde la Colonia
por su vocación minera. Y a pesar de que la comunidad indígena se creyó extinguida en
1625, existen vestigios de la cultura Umbra, diferente a la Embera, aún viva. Allí llegan
legiones de esclavos africanos cuando los Cartamas fueron exterminados; y luego aparecen los
ingleses para asegurarse con el oro el pago de los empréstitos de la independencia. En el siglo
XVI España explotaba la mina aurífera más grande del orbe, localizada en el cerro
Quiebralomo por entonces jurisdicción de la Gobernación de Popayán, donde existían dos
parcialidades indígenas vecinas al lugar: Cañamomo y la Montaña.
Riosucio, es el núcleo cultural más relevante del territorio, y de la artesanía folclórica
más añeja del departamento. Brillan los artesanos de la alfarería en Cañamomo y Lomaprieta,
de la cerámica en Portachuelo, de la cestería de bejuco en la Zulia y El Salado en la Montaña y
en San Lorenzo, de las esteras de enea y caña brava de la Montaña, del cogollo de la caña brava
y de la sombrerería en Travesías y Pasmí en San Lorenzo, y de las tallas en palo de naranjo de
Tumbabarreto.
Sabemos que unas cadenas productivas con identidad cultural y servicios ambientales
de productores organizados, expresando los íconos culturales de la región como tierra
de resguardos y negritudes, con sus comunidades indígenas en Anserma y Riosucio y
ancestros afrodescendientes en Marmato y Guamal, son factores para aprovechar el
potencial humano.
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Yuma (“río amigo”) o Huanca-hayo (“río de las tumbas”), bautizado en 1501 por Bastidas, Río de
la Magdalena, fue a lo largo de cuatro siglos y medio el principal medio de transporte en
Colombia y el eje de desarrollo nacional. Urge una declaratoria que priorice al río
Magdalena como uno de los escenarios más representativos en la historia del país, a
partir del concepto del territorio como sujeto de derechos.
Si su cuenca es el hábitat donde se dan nuestras relaciones con el bioma andino tropical, también
el río, pese a haber sido fundamental como ruta de acceso para la ocupación del territorio, y
como medio para la consolidación de la nación durante el siglo XIX, hoy como víctima del olvido
se encuentra degradado y contaminado.
Amparar sus derechos ambientales, es darles primacía a sus 30 mil pescadores, y a
los humedales y bosques secos que lo circundan, no sólo para ponerle límites a las
intervenciones que buscan establecer un canal navegable para que no alteren su vaguada ni los
humedales como ecosistemas vitales, sino también para ordenar el cumplimiento de las acciones
que demanda su recuperación integral.
Gracias al compromiso, trabajo y conocimiento ancestral aportados por las comunidades de base
del Magdalena Centro de Colombia, y al acompañamiento de los actores estratégicos de dicha
región, las acciones emprendidas para resolver los conflictos socio-ambientales en
este territorio vecino al Río Magdalena, por el PDP-MC, se vienen transformando en
hechos y en lecciones de Paz y de esperanza, aportados por sus propios habitantes.
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En la región San Félix-Murillo sobre la alta cordillera, una tierra de arrieros donde
empalizadas entre neblina y pantanos imponen los desafíos del páramo y del bosque
altoandino, también el cambio climático, donde las mayores precipitaciones que tendrán
incrementos de hasta el 40%, irán acompañadas de un incremento de la temperatura que
en Caldas para finales de siglo podría ser entre 1°C y 3°C, según el lugar,
reclama investigación e instrumentación de la amenaza, cambios en los modelos socioambiental,
agropecuario y de ocupación del territorio, y políticas públicas para una planificación que
incorpore la adaptación al cambio climático y la gestión integral del riesgo.
En el territorio, urge preservar el PNN de los Nevados y las Reservas Forestales del
territorio, por ser fundamentales para la conservación de la biósfera como hábitat de especies
endémicas y en peligro de extinción, y ecosistemas con funciones reguladora del patrimonio
hídrico y del clima.
No siendo despreciable el impacto de los fenómenos climáticos exacerbados para el
medio urbano, para dimensionar su perjuicio en el transporte rural y la economía campesina,
esta puede ser una cadena típica de eventos: al arreciar las lluvias, se incrementarán las
tasas de erosión y remoción masal de las laderas de fuerte pendiente, conforme avance
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Los tres mundos restantes, de las artes (Chía), la ciencia (Bochica) y la tecnología (Chibchacum),
subrayan la importancia de la ciencia, la tecnología y la identidad cultural, como
factores clave para resolver la brecha de productividad e ingresos que sume en la
pobreza a cerca de 170 mil caldenses que habitan en los medios rurales y 300 mil más de las
cabeceras menores.
Cuando se enuncia el desarrollo sostenible y sustentable, se expresa en términos de
tres pilares: el ecológico, el social y el económico; por lo que la cultura como campo que
abarca a la ciencia, donde naturaleza y sociedad son variables culturales con relaciones
dialécticas, siempre ha escapado al ser olvidada como determinante fundamental del
desarrollo. En las universidades donde se sabe de Ciencia y Tecnología, poco se conoce
de los Saberes Ancestrales.
El bajo nivel educativo, va más allá de la baja calidad de la educación: se relaciona con un
modelo educativo desmotivante, pensado para la sociedad industrial de ayer y no
para esta época del protagonismo del conocimiento. Dicho modelo centrado en las
ciencias naturales, las matemáticas y el lenguaje, no desarrolla el talento humano al dejar en un
segundo plano las humanidades y olvidarse de las artes, la cultura y el desarrollo del cuerpo
humano.
En conclusión, debemos llegar a las metas propuestas en el documento “Colombia Al Filo de
la Oportunidad” que proponía la Misión de Ciencia Educación y Desarrollo en 1994, cuyo
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objetivo era avanzar en una cultura científica, bajo el presupuesto de que sin ciencia,
tecnología e innovación no hay desarrollo sostenible,
PCCC
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Imagen13: Perfil longitudinal del Río Grande de La Magdalena, por Hidrochina (Cormagdalena).
Si la cuenca de un gran río es el hábitat donde se dan nuestras relaciones con el bioma
andino tropical, también el Magdalena, pese a haber sido fundamental como ruta de acceso para
la ocupación del territorio, y como medio para la consolidación de la nación durante el siglo
XIX, hoy víctima del olvido, degradado y contaminado, e igualmente con la amenaza de
jarillones y otros factores que al dañar caños secan los humedales, con una carga de 150 MT anuales
aportados desde las cuencas deforestadas de sus tributarios, es uno de los ríos de mayor aporte
de sedimentos del planeta.
Amparar los derechos ambientales, es darles primacía a sus decenas de miles de pescadores
de ambos ríos, y a los humedales y bosques secos que los circundan, no sólo para ponerle límites
a las intervenciones que buscan establecer un canal navegable por el Magdalena para que
no alteren su vaguada ni los humedales como ecosistemas vitales, sino también para ordenar el
cumplimiento de las acciones que demanda la comunidad del bajo Cauca para
su recuperación integral.
El Río Cauca,
Es el afluente más importante del Magdalena, en su recorrido de 1204 km de longitud entre el macizo
colombiano y el Brazo de la Loba en la Depresión Momposina, baña 183 municipios de siete
departamentos del país, dos de ellos -Antioquia y Caldas- compartiendo cuenca con el Magdalena.
A la importancia de la cuenca del Cauca como hábitat de millones de habitantes y fuente de
riqueza por las actividades productivas que alberga, entre las que sobresalen la
generación eléctrica, el cultivo de café, la industria azucarera, la explotación minera, la
actividad agropecuaria y otros sectores industriales, deben sumarse, además de las
problemáticas de la sedimentación fruto de la deforestación en zonas de alta pendiente, de la
contaminación urbana por vertimientos residenciales, industriales y agrícolas, de la fragmentación
de los ecosistemas, los conflictos del suelo, las tensiones relacionadas con el ejercicio del gobierno
y la autoridad relacionadas con problemáticas como la presencia de actores armados, narcotráfico y
grandes inversionistas, y múltiples problemáticas del orden social, no sólo en los medios urbanos
sino también en los rurales, por hacer parte de la dimensión socioambiental que gravita en los
escenarios rurales de toda la cuenca.
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Habrá que tener en cuenta que en la cuenca hidrográfica de 63.300 km², el complejo
territorio que baña el río presenta tres regiones:
Las dos primeras en la región Andina, pasando por dos escenarios antagónicos: después de salir de
la cuenca alta y recorrer desde su nacimiento en la laguna del Buey del Macizo Colombiano hasta
Salvajina, continuar por la fértil región natural el valle geográfico del río entre Suárez
(Cauca) y la Virginia (Risaralda) donde la corriente de suave pendiente es meándrica,
entra a la cuenca media al pasar por el Eje Cafetero y Antioquia, donde el río que incrementa su
pendiente y se encañona con su cauce tortuoso no es navegable; para finalmente entrar a la cuenca
baja desde Tarazá (Antioquia) y bañar en el Bajo Cauca tierras de Sucre y Bolívar hasta su
desembocará sobre el Brazo la Loba del Magdalena, en la Mojana.
Igualmente, se deberá hacer una segunda diferenciación para separar las cabeceras
urbanas ribereñas de primero y segundo orden, del resto de cabeceras: Los municipios
ribereños de primer orden son 87 y los de segundo orden 103. Y las ciudades capitales que se
encuentran dentro del área de influencia geográfica del Río Cauca son: Cali, Manizales, Medellín,
Pereira y Popayán.
Tolima-, conformado por las CAR y soportado en El Nodo Regional del Cambio Climático del
Eje Cafetero creado hace 10 años, es un proceso de planeación participativa que
incorpora conceptos de ordenamiento territorial para la gestión ambiental y un modelo de
desarrollo sostenible, desde el año 2000 ha venido vinculando el tema de cambio climático en su
plan de acción.
No obstante, a pesar de la Ley 99 de 1993, cuyo Art.1. N4 dice: “Las zonas de páramos,
subpáramos, los nacimientos de agua y las zonas de recarga de acuíferos, serán objeto de protección
especial”, este valioso patrimonio está amenazado, no sólo por el cambio climático, sino
también por los históricos pasivos ambientales y presiones actuales de naturaleza antropogénica.
Opciones de Caldas
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6 millones de toneladas anuales, es que el PIB de Caldas crecería 1,2% del PIB nacional, y un 0,4%
más, con lo cual el PIB se duplicaría, si se incluyen ocho plantas minero-energéticas propuestas
en el Plan Minero de Caldas 2010-2016 por Gabriel Poveda Ramos, que se señalarán más adelante.
Turismo en Caldas
En primer lugar, Caldas deberá potenciar el sector terciario, donde la principal barrera podría
ser el factor educativo, dado que el nivel de escolaridad de nuestra población sólo alcanza a
superar los 4 años en la zona rural y los 10 años en la urbana; y a futuro, el fortalecimiento
de la economía verde y la economía naranja, gracias a la expansión de las TIC cuya red
cubre el departamento: más oportunidades para acceder a programas de formación superior desde
la provincia, y para la oferta de bienes y servicios desde dichos lugares.
Mientras en Colombia el aporte del turismo al PIB 2005 fue del 2,3%, a nivel mundial ese
aporte llegó al 10,6% generando uno de cada ocho empleos. Igualmente, la economía naranja
tiene una participación del 3,3% en el PIB, cuantía cuatro veces superior a la del cultivo del
café (0,8%). El Paisaje Cultural Cafetero PCC podría ser un factor detonante para una
meta de mediano plazo en el sector turístico del 10% en el PIB de la ecorregión, con dos
componentes: la línea ecológica y el área de la salud, mediante estrategias que articulen
esfuerzos regionales.
A modo de balance, este clúster de turismo Regional para Caldas: 1- El Termalismo tanto en
el cañón del Chinchiná come del Río Claro. 2- La ruta del PNNN, con sus volcanes y paisajes del
ecosistema de Páramo. 3-El patrimonio Arquitectónico de Neira, Salamina y Aguadas, soportes
de la declaratoria patrimonial del PCC. 4- El Carnaval de Riosucio el Encuentro de la Palabra y los
jolgorios del alto Occidente. 5- El Centro Histórico de Manizales con su arquitectura republicana,
museos y monumentos. 6- La ruta de la Expedición Botánica y de los Vapores en el
Magdalena Centro, entre Mariquita- Guaduas y Honda -La Dorada. 7- Los bosques alto andinos
para el avistamiento de aves en Río Blanco, El Recinto del Pensamiento, Alto Corozal y la reserva
de La Chec. 8- El Nodo Cafetero Chinchiná – Palestina con Buencafé Liofilizado de Colombia, el
Centro de Investigaciones del Café (CENICAFE), la Cooperativa de Caficultores y las grandes
haciendas y pequeñas fincas cafeteras. 9– El Bosque de Palmas de Cera en el Valle de
la Samaria de San Félix.109- El “balcón del paisaje” del occidente caldense, en Belalcázar
con su monumento al Cristo Rey, en San José y en Risaralda. 11- El Parque Natural Selva
de Florencia entre Samaná y Pensilvania.
Plataformas logísticas
Y en segundo lugar, las plataformas logísticas imbricadas con los sectores primario y
secundario, aprovechando la posición geoestratégica del territorio. En Purnio y en La
Esmeralda, además de carbón en las vecindades, existen subestaciones de 320 mil Kw,
necesarias para el desarrollo de industrias químicas de base minera, además de agua
suficiente.
Finalmente, estos dos desarrollos que deben ser paralelos para lograr sinergias regionales, deben
partir de sendas asociaciones de municipios: una entre Honda, La Dorada y Puerto Salgar; y
la segunda, entre las potenciales áreas metropolitanas de Pereira y Manizales.
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Ferrocarril Cafetero, cruzando la cordillera Central por el Túnel Cumanday de 42 km a 1250 msnm,
para unir La Dorada con el Km1. SMP Manizales-UN de Colombia.
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•Con el advenimiento de una cuarta revolución industrial, proceso histórico que implica cambios
trascendentales al introducirse nuevas tecnologías relacionadas con la inteligencia artificial y la
robótica, Caldas y Manizales deben asumir este gran desafío estratégico global y regional, para el
cual debe tomar acciones estructurales en relación con un nuevo modelo educativo, que además
de desarrollar el talento humano, les permita prevenir impactos negativos, culturales, económicas y
territoriales asociados a una brecha digital, previendo los cambios no sólo en la producción y el
empleo, sino también en la sociedad y el medio ambiente.
•Para el efecto, Manizales y Caldas bajo ese nuevo enfoque deberán trazar una estrategia que tenga
como objetivo consolidar desarrollos estratégicos relacionados con dos áreas: las Tecnologías en
Información y Computación (TIC) y la Biotecnología (verde, blanca, roja y
transversal), encontrando en cada área una empresa ancla como atractora, y empleando la
metodología de clúster para obtener ventajas asociativas y conformar masa crítica en sendas
opciones, haciendo del carácter biodiverso del territorio y del notable potencial de las instituciones
científicas y universidades de la ecorregión cafetera, además de los centros urbanos vecinos
conurbados una ventaja competitiva.
Epílogo
Urge reforestar las cuencas abastecedoras de agua y resolver los conflictos entre uso y
aptitud del suelo, no solo en los medios rurales sino también en los urbanos donde igualmente se
presiona la estructura ecológica del territorio, caso RFP de Río Blanco y Chec con el proyecto
urbanístico de La Aurora y la Mina de Toldafria.
Urge una gestión integral soportada en estrategias de gobernanza para la preservación del
patrimonio hídrico, donde además de las aguas superficiales y las subterráneas, se contemplen el
saneamiento básico y la cobertura del servicio en los medios rurales y urbanos.
Imagen: Usos actuales y potenciales del suelo en la ecorregión cafetera: SIR-Alma Mater 2002.
Según el IDEAM, con el cambio climático los principales efectos podrían presentarse en los
sectores de infraestructura vial y cuencas deforestadas en zonas de alta pendiente, debido
al aumento de precipitación y precaria regulación hídrica. Además, debido al incremento de la
temperatura, las coberturas nivales hoy en retroceso, seguirán disminuyendo en volumen, al tiempo
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que los aumentos de humedad relativa afectarán el sector agrícola por plagas sostenidas en el
tiempo.
•Se requiere un esfuerzo coordinado en Políticas Públicas relacionadas con estrategias y
acciones de planificación y ordenamiento del territorio no solo entre la capital caldense y el
departamento, sino también a nivel de la RAP del Eje Cafetero, para implementar proyectos
estratégicos de desarrollo económico y social para la Cultura y el Medio ambiente, entre ellos
un Plan Maestro de Turismo que incluya El Paisaje Cultural Cafetero y la conformación e
integración de las Áreas Metropolitanas como paso previo para la consolidación de la Ciudad
Región del Eje Cafetero.
•Se requiere priorizar el sector rural y corregir el modelo conflictivo de ocupación del
territorio, buscando satisfacer la función social y ecológica de la propiedad, desarrollando
instrumentos de gestión y de desarrollo comunitario para lograr una intervención que le apueste a la
conservación ambiental e hídrica, y a la preservación de la cultura local y el rescate de los
bienes patrimoniales culturales y naturales.
•Para lo anterior, además de educación, formación, capacitación e investigación, se debe fortalecer
la institucionalidad y formular de forma participativa los
planes de manejo correspondientes.
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•Bajo la premisa de que existe una brecha entre la acción del Estado y los derechos
bioculturales del territorio, dada la evidente posibilidad de avanzar en la construcción de un plan
de acción integral y concertado con propuestas viables y sostenibles de mediano y largo
plazo fruto de un trabajo mancomunado de todos los actores sociales,
se deberá priorizar una política pública soportada en dicha filosofía, para que mediante
dicho plan de acción resuelva las graves afectaciones que padecen las diferentes regiones de Caldas.
•De contarse con la voluntad política que no se tenido y con una política pública de alto
contenido social y ambiental, ¿cómo proceder para la ejecución del plan de acción y para verificar
su cumplimiento?: se deberán implementar un grupo motor conformado por representantes de las
regiones, de los sectores comunitarios, gremiales y académicos, y otro de veeduría ciudadana con
Amenaza para la Reserva de Río El agua en Colombia: glosas. Geotecnia y Medio Ambiente.
Blanco en Manizales.. El agua en la biorregión Guerra o Paz, y disfunciones
CTS, Economía y Territorio. caldense. socio-ambientales en
Colombia Tropical ¿y el agua El modelo de ocupación urbano Colombia.
qué? – territorial de Manizales. Manizales: Foro del Agua 2019.
Cultura del agua en los ríos El ocaso del bosque andino y la Río Blanco, cuna de vida…
urbanos. selva tropical.
295
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 10
ESFUERZOS EN MASAS DE SUELO
10.1 Introducción
Se han visto aspectos relacionados con las deformaciones de un suelo sometido a la acción de fuerzas
externas (caso del edómetro), y se ha integrado el efecto del agua a su comportamiento; igualmente
se han definido los límites y estudiado las relaciones de fase del suelo, visto como una estructura
trifásica, compuesta por sólidos, agua y aire.
Incremento
de volúmen
En el estudio de capilaridad (Sección 6.1.3), se vio el efecto de contracción de un suelo arcilloso por
pérdida de agua. También en la sección 4.1 se discutió la actividad de las arcillas, ligada al estado
plástico del suelo, por depender de la cantidad de agua adsorbida sobre las partículas del suelo.
La utilidad de los límites es importante para clasificar suelos, pero también cuando se tienen que
resolver problemas geotécnicos relacionados con los cambios de volumen por la variación de
humedad en el suelo, frecuentes en taludes conformados por suelos arcillosos que sufren secado por
el calor y el viento, se contraen, se agrietan y sufren la inestabilidad
por deshidratación. Un suelo activo, expuesto a variaciones de IP
A= (10.1)
humedad, puede desencadenar problemas de ingeniería por su % en peso 2
inestabilidad volumétrica.
296
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Asociaciones
mecánicas
con el tipo de
curvas -
297
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b. Tiempo: Esta variable también influye en el comportamiento, como las presiones, la humedad y
las condiciones del medio. El agua puede salir por efecto de las cargas, y los esfuerzos son
asumidos por el suelo. Las reacciones químicas y otros procesos de degradación, requieren
tiempo, y también la velocidad de aplicación de las cargas condicionan el tipo de respuesta del
suelo.
c. Agua: Los dos efectos principales sobre el suelo, causados por el agua, son: la reducción de la
cohesión entre las partículas arcillosas y la modificación de los esfuerzos del suelo al aumentar
la presión de poro “U” y disminuir el esfuerzo efectivo “´”. La arcilla, en estado seco es resistente
y sumergida no.
v v v N
T
h h
N= cte
0= h= v v v v> h
0
G = zx/ zx
= 0/3 z D = v/ z = z / z D
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NV Nh
V = ; h =
a2 a2
(10.2)
T T
V = V2 ; h = h2
a a
a x a = a2; (a → 0).
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0 K 1; K= (10.5)
1−
V − h V (1 − K 0 ) 1 − K 0
Figura 10.7. Esfuerzo geostático horizontal
d) tg 0 = = = (10.6)
V + h V (1 + K 0 ) 1 + K 0
0, 25
En rocas = 0,25, normalmente, por lo que K = , o sea, K(rocas) = ¾, lo que significa h =
1 − 0, 25
¾ V, normalmente.
Z a Z b
z
1
-Y -Y
x 2
y 3
X X
El cubo a muestra las 3 componentes de los esfuerzos principales 1, 2 y 3; las caras de ese cubo
son paralelas a los 3 planos del sistema cartesiano.
El cubo b muestra una rotación, tal que 1 2 y 3 no tengan componentes sobre sus caras. 1, 2
y 3 son perpendiculares a las caras del cubo, llamadas PLANOS PRINCIPALES, mientras 1, 2 y 3
se denominan esfuerzos principales.
En la teoría de la elasticidad se emplea frecuentemente, para el cálculo en una masa del suelo, este
tipo de esfuerzos. La teoría supone que ESFUERZO y DEFORMACIÓN son proporcionales; la
mayoría de las soluciones útiles suponen el suelo homogéneo e isótropo; incluso suponen el suelo
“CHILE” (continuo, homogéneo, isótropo y linealmente elástico).
Problema 10.1. Dado un suelo y dada una estructura, la pregunta es. ¿Cuál es la magnitud del
asentamiento en un tiempo dado?
D X
K= = D h = D V ; ( máximo = 0,5)
D Z 1 − 1−
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Como la solución analítica para unas determinadas Figura 10.9 Historia de esfuerzos en el
cargas y condiciones de frontera, es bastante tediosa, los suelo
libros de Mecánica de Suelos básicos no las reportan, pero sí las emplean. Algunas son:
Q
3Q * Z 2
D V =
(
2 r 2 + Z 2 ) 5
2 (x, y) = (r, )
x2 + z 2
V ⊥ R ⊥ Z
V ⊥ X ⊥ Y
R2 = X 2 + Y 2 R
x
Q 3R 2 Z 1 − 2 y Nb
D R = − Y X
(
2 R 2 + Z 2 )
Na
5
2
R 2 + Z 2 + Z R 2 + Z 2 v
2Q * Z 3 2Q * * X 2 * Y 2 2Q * X * Z 2
D V = D X = D XZ =
(X 2 + Y 2 )
2
(X 2 + Y 2 )
2
(
X 2 +Y 2 ) (10.7)
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B B
c) Carga uniformemente distribuida sobre q
una franja infinita
D V =
q
+ sen * cos( + 2 ) x
Z
N
Z
q
− sen * cos( + 2 )
L
D X = x
N
sen * sen( + 2 )
q
D XY =
(10.8) Figura 10.11. Esfuerzos por una carga uniforme
B
q
R1 R2
Z
v
X
x
303
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Para calcular el incremento del esfuerzo vertical DV total, bajo la esquina de un área rectangular, de
lados B y L, que está uniformemente cargada. El punto N está a una profundidad Z a partir de la
esquina del área cargada. I0 es el FACTOR DE INFLUENCIA, m y n son factores que pueden ser
“intercambiables”
D V = q I 0 (10.10)
Rutina: n → m → I0 → DV.
1 R
1 2
DR = Dárea 1 + Dárea 2 +
3 4 Dárea 3 + Dárea 4
2
1 (Obsérvese que la partición se
S
2
hace por R)
3
1 2 DS = Dárea 1 - Dárea 2
3 4
T (Obsérvese que el área cargada
Figura 10.13. Abaco de Fadum (1945) (Tomado de Mecánica de suelos de no es cuadrada)
Peter L. Berry – David Reid. Pag 63)
T = 1234 – 34 – 24 + 4
304
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
3
1
2
D V = q 1 − 2 Para R = 0 (9.11)
1 + (R Z )
Figura 10.14. Valores del factor de influencia para calcular el incremento de esfuerzo vertical
total bajo un área circular uniformemente cargada. (Abaco de FOSTER – AHLVIN 1954. R 0)
(Tomado de Mecánica de suelos de Peter L. Berry – David Reid. Pag 65)
305
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Útil para áreas de formas irregulares uniformemente cargadas. El método de cálculo es gráfico.
El ábaco es una malla o red de cuadros radial y anular, con un centro para N. Se requiere conocer
el efecto sobre el punto N de una carga q colocada en el terreno con área “A” de forma cualquiera.
Se hacen iguales la escala AB del ábaco y la profundidad Z del punto (AB = Z). Ahora, los radios
parten del origen y forman, con los anillos, áreas de influencia, cuadrilongos, cargados
equivalentes con el mismo incremento de carga. Si el área total del ábaco equivale a q, y son
200 cuadrilongos, el área de un solo cuadrilongo representará un incremento de esfuerzo de .
Dibujada la planta a escala, tal que Z = AB, y puesto N en el origen, se cuentan el número n de
áreas de influencia, cada una con un valor de influencia I0, ocupadas por la planta a escala, sobre
el ábaco. Para otra profundidad, el área del contorno cambia, pero para otro punto N, a igual
Con las soluciones de los literales “a” hasta “g” se puede obtener el conjunto de líneas de igual
incremento de esfuerzo, por la carga aplicada, utilizando la ecuación de BOUSSINESQ (carga puntual
y superposición de cargas). El BULBO DE ESFUERZOS O DE PRESIONES, bajo el área cargada,
muestra que el área más afectada, está bajo el centro. D V = f (q ) .
Obsérvese que Z = 6B en la figura 10.16ª, que corresponde a un bulbo de esfuerzos, generado por
una cimentación continua o en franja, y Z = 3B que es un bulbo de presiones generado por una
cimentación de forma cuadrada o una zapata fig. 10.16b.
D = 0,1q
Las líneas de igual incremento de esfuerzo vertical total, están expresadas como una fracción de la
presión total aplicada en una franja cargada de longitud infinita, y de un área cuadrada cargada. Las
líneas presentan el bulbo de esfuerzos de esas áreas cargadas y se puede ver, que en cualquier
profundidad, el mayor incremento de esfuerzo ocurre bajo el centro del área cargada. De ahí el
interés de evaluar los esfuerzos que se presentan bajo el centro de las áreas.
307
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
En áreas circulares, uniformemente cargadas, el bulbo tiene una influencia a profundidades similares
a las de la figura 10.17.
III
II
III
I CARGA RECTANGULAR EN FAJA (L >> a) (Tomado de Mecánica de Suelos por Lambe, T; Whitman Robert. Pag 119)
NOTA: El
II CARGA z q se
perfilTRIANGULAR EN obtiene del
FAJA (L >> a) bulbo,
(Tomado leyendodeD
de Mecánica V por
Suelos pordebajo
Lambe, T;del punto
Whitman central
Robert. de la zona
Pag 120)
cargada.III CARGA EN SUPERFICIE CIRCULAR (Tomado de Mecánica de Suelos por Lambe, T; Whitman Robert. Pag 116)
ta)
Figura 10.17 Esfuerzos principales bajo cargas uniformes (Lambe)308
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
q
LB
LXB D V = q (10.13)
2
(L + Z )(B + Z )
Z
1
L2
D V = q (10.14)
Dv ( L + Z )2
(L+B)(B+Z)
R2
Figura 10.18. Cálculo aproximado de presiones D V = q (10.15)
verticales
( R + Z )2
Se muestran expresiones para áreas rectangular (10.13), cuadrada (10.14) y circular (10.15). Si Z
3L, las discrepancias con otros métodos son muy pequeñas.
Pero si el ’V aumenta y ’h disminuye, el elemento de suelo sufre un ASENTAMIENTO INMEDIATO
DS0. Posteriormente se presenta la consolidación, la presión de poro Ue se disipa y ’h aumenta hasta
309
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
alcanzar nuevamente el nivel Dhi inicial existente antes de aplicar la carga y que será superado por
h en la etapa final de consolidación, cuando aumentan los esfuerzos efectivos.
Las deformaciones laterales serán el 15% de las verticales (SKEMPTON – BJECRUM) por lo que en la
práctica se considera la deformación vertical, que continúa con la consolidación, denominada
DS con = 0 h D V D
En consecuencia DS = DS0 + DSCON Los valores A de Skempton dependen del tipo de arcilla (abscisas): PC, NC, o AMS,
→ deformación del elemento. así: PC = preconsolidada; NC = normalmente consolidada y AMS = arcilla muy
sensitiva.
DS0 = Asentamiento inicial.
Figura 10.20. Abaco de Scott, 1963. (Tomado de Mecánica de suelos
de Peter L. Berry – David Reid. Pag 68, pag 158)
DSCON = 0 mV h DV =
Asentamiento por consolidación.
De lo anterior:
S = S0 + 0 SmV H D V (9.16)
310
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El cálculo de los asentamientos que se presentan en la superficie, por efectos de las cargas de la
cimentación, puede estimarse a partir de la teoría de la elasticidad, utilizando E y (Sección 8.10).
Sin embargo un suelo no tiene valores únicos de E y de , y eso limita la aplicación del método.
En arenas el módulo E varía con Z, con el ancho del área cuadrada, y la relación varía con la
deformación. En consecuencia, se recurre a los métodos empíricos, para las arenas.
En arcillas saturadas el asentamiento inicial S0 se produce sin drenaje. Por ello = 0,5 y con
base en ello se estima el asentamiento inmediato S 0, para áreas cargadas uniformemente, ya de
forma rectangular (Figura 10.17 I y II) y de forma circular (Figura 10.17 III).
S0 =
(
q * B 1− 2 )
IS (10.18)
de suelo.
E
311
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Figura 10.21. Abaco de Steinbrenner. (Tomado de Mecánica de suelos de Peter L. Berry – David Reid. Pag 71)
312
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
q * R * I0
S0 = (10.19)
E
I0 es el factor de influencia; S0 varía con X.
g) La figura 10.22 presenta los LOS ÁBACOS son de KARL TERZAGUI – 1943
Obsérvese que los tres ábacos representan los valores de los factores de influencia para casos
específicos: a) Espacio semi-infinito; b) y c), espacios finitos dados.
Ejercicio 10.1.
Para el esquema de carga uniforme, calcular el esfuerzo DV a una profundidad Z = 3m debajo de
A. (Figura 10.13)
Nota: Obsérvese que las áreas todas pasan por A. Sólo que A es un punto exterior.
313
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Un área rectangular flexible de 8,00 m por 4,00 m se carga con 40 KN/m2. El piso es un estrato
arcilloso de Z = 20,00 m. La arcilla es saturada y tiene un módulo E no drenado de 3500 KN/m 2 y
= 0,5. Calcule DV bajo el centro y bajo la esquina del área cargada, a Z = 5,00 m.
1 2
3 4 5,0
20,0 C E
C
20,0
Arcilla E
Solución:
7 KN
E 4*8 5 0,8 1,6 0,175 m2
314
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
S 0E =
(
q * B 1− 2 )
IS =
(
40 * 4 * 1 − 0,5 2 )
0,525 = 0,018 m
E 3500
S 0C =
(
q * B 1− 2 )
IS =
(
40 * 4 * 1 − 0,5 2 )
0,640 * 4 = 0,044 m
E 3500
a V 0 = SAT Z = SAT * g * Z
b DV E = DV rect - DV cuadradito
c DV T = DV NEWMARK (O FOSTER – A)
(b)
FIG L B Z m= B
Z n= L
Z
I0 q I0 * q DV P
RECT 24 12 12 1 2 + 0,198 30 + 5,94
3,45 KN m 2
CUAD 6 6 12 0,5 0,5 - 0,083 30 - 2,49
315
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
2) Asentamiento: (utilizo ábaco de Scott, figura 10.20). Los asentamientos por las estructuras
anteriores ya se dieron. El asentamiento inmediato por el tanque solamente en la superficie
(figura 10.22), se puede calcular con el ábaco de Terzagui para espacio semi infinito, que es el
a). (Suponemos H indefinido).
S0 =
q*R
(I 0 ) = 70 * 9 (1,5) = 0,172 m (para X = 0; punto Q)
E 5500
S0 =
q*R
(I 0 ) = 70 * 9 (1,0) = 0,115 m (para X = R; borde)
E 5500
S0 =
q*R
(I 0 ) = 70 * 9 (0,75 ) = 0,086 m (para X = 12m; punto P)
E 5500
316
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
q= 60KN/m 2
Un tanque de petróleo de base flexible (fig E 10.4) Diam 15 m
se cimenta en arcilla blanda NC que descansa
sobre roca. El NAF está 1,00 m abajo del terreno. 4 1 h= 6,67m
Calcule los asentamientos máximos y diferencial
para el tanque, si la arcilla tiene: H=19 5 2 H=20 h= 6,67m
SAT = 1,90 Mg
m3
CC = 0,2. La muestra de arcilla 6 3 h= 6,67m
Solución.
q = 60 KN
m2
; R = 7,5m; E = 2500 KN
m2
; H = 20m; H
/R = h = 2,67m
= 0,5 (arcilla saturada); I0 = f(H/R; ; X), interpolo situaciones de los ábacos b) y c), que tienen
H
/R = 5 y H/R = 2/3 (es aproximado)
INTERPOLACIÓN DE I0
H
R =5 H
R = 2
3
H
R = 20
7 ,5 = 2,67 5 2,67 2
3
317
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
El incremento de DV en el plano medio de cada subcapa (puntos 1 a 6), se determina con el diagrama
de Newmark (Figura 9.15, con AB = Z variable).
Para una arcilla NC, mV promedio (para nuestro caso son 3 valores) se obtiene en el plano medio
(Z1, Z2, Z3). A esa profundidad se tienen 2 valores de ’V (antes y después del tanque): ’V i y ’V f.
Luego:
mV =
De 1
=
C C log ''VfVi ( )
* (Ver Sección 8.13)
1 + e0 D 'V (1 + e0 )D 'V
0 * CC * h 'Vf
DS CONS = log (1)
(1 + e0 ) 'V 0
3
S CONS = DS CONS
1
ANTES KN
m2
DESPUES KN
m2
Punto Z (m) n # E0 DSCONS (m)
V i U ’V i DV V f ’V f
1 3,34 188 1,05 62,25 22,96 39,29 56,40 118,65 95,69 0,211 (1)
2 10,00 100 0,97 186,39 88,29 98,10 30,00 216,39 128,10 0,063 (2)
318
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
3 16,67 48 0,93 310,91 153,72 156,99 14,40 325,11 171,39 0,021 (3)
4 3,34 84 1,05 62,25 22,96 39,29 25,20 87,45 64,49 0,112 (4)
5 10,00 55 0,97 186,39 88,29 98,10 16,50 202,89 114,60 0,037 (5)
6 16,67 35 0,93 310,71 153,72 156,99 10,50 321,21 167,49 0,016 (6)
NOTAS:
Z = La profundidad de cada punto.
n = El número de cuadrilongos en el diagrama de Newmark.
e0 = Relación de vacíos.
V i = Esfuerzo total inicial (V = SAT z).
U = presión de poro que es (Z – 1)W y que juega dos veces en - U.
’V i = Esfuerzo efectivo inicial (V i – U).
DV = q I 0 n , el incremento del esfuerzo efectivo vertical.
V f = V i + DV, el esfuerzo total final.
’V f = V f – U es el esfuerzo efectivo final.
Los esfuerzos en KN m 2
h) Por lo tanto
Asentamiento por consolidación bajo el centro del tanque (1) + (2) + (3):
3
S CONS = DS CONS = 0,201 + 0,063 + 0,021 = 0,285 m
1
7,5 Asentamiento por consolidación bajo el borde del tanque (4) + (5)
+ (6)
3
B
C D B
S CONS = DS CONS = 0,112 + 0,037 + 0,016 = 0,165
1
C= Centro
B = B orde
D = Asentamiento dif erencial
ASENTAMIENTOS TOTALES
319
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
= 0,00012 KN
m2
. Desprecie la diferencia de densidades entre 3 h 6,00
Solución. 6 h
S '0 =
(
q * B 1− 2 )
I S donde
1 − 2
I S = F1 + F2
E 1−
Pero
520
q= = 130 KN m 2 ; = 0,5 (arcilla saturada); espesor del estrato H = 12,5 m
2*2
E = 10500 KN
m2
; IS = F1 (porque = 0,5); B = 2/2 = 1m; F1 = 0,49
320
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
DSCONS = 0 mV h DV
0 se obtiene en el ábaco de la figura 10.20 con A y con H/B.
Para H
B = 12,5 2 = 6,25 y A = 0,4, 0 = 0,60 (banda) y 0,53 (círculo). La zapata es más círculo que
faja o banda: 0 = 0,53. Asumiendo mV constante en todo el depósito y tomando h = ½ B
(cimentación cuadrada), con 6 subcapas (sección 10.11), calculando DV en el plano medio de cada
subcapa, utilizando el ábaco de FADUM (Figura 10.12).
Punto Z(m) B L B
Z B/Z L/z L Z I0 DV KN
m2 DSCONS (m)
1 0,5 1 1 2,0 2,0 0,229 119,08 0,0076
2 1,5 1 1 0,67 0,67 0,123 63,96 0,0041
3 2,5 1 1 0,40 0,40 0,060 31,20 0,0020
4 3,5 1 1 0,29 0,29 0,037 19,24 0,0012
5 4,5 1 1 0,22 0,22 0,024 12,48 0,0008
6 5,5 1 1 0,18 0,18 0,016 8,32 0,005
S = 0,0162 m
Entonces, el asentamiento total de una zapata flexible sería S = 0,018 + 0,016 = 0,034m. Debemos
tomar el 80%. El asentamiento real de la zapata rígida, que es el caso, es el siguiente:
i) Nota
Estos ejercicios sólo ilustran la relación asentamiento–consolidación. Para que una zapata esté
adecuadamente proyectada, se requieren dos requisitos:
1. Que DqS no supere la capacidad de carga del terreno.
2. Que el asentamiento sea inferior a un cierto valor admisible.
No puede fallar, ni el suelo ni la estructura, en la realidad.
---
El desastre de Armero a los 30 años de la erupción del Ruiz, Duque Escobar, Gonzalo
(2015) Universidad Nacional de Colombia.
Fisiografía y geodinámica de los Andes de Colombia. Duque Escobar, Gonzalo and Duque
Escobar, Eugenio (2016) Universidad Nacional de Colombia. Manizales.
Geotecnia para el trópico andino. Escobar Potes, Carlos Enrique; Duque Escobar, Gonzalo.
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales.
Vulnerabilidad de las laderas de Manizales. Duque Escobar, Gonzalo (2017) Presentación ante
la Comisión Cuarta del Concejo de Manizales, del Jueves 11 de Mayo de 2017.
321
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
322
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
323
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
324
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Esta tarea no resulta fácil, por dos razones: en lo interno, por dificultades humanas no solo para
articular esfuerzos entre sectores productivos, académicos y gubernamentales, sino y sobre todo
entre grupos de trabajo académico aplicados a la investigación, que perteneciendo a una misma
institución o a la misma ciudad, no comparten recursos complementarios, sin pensar que
desatender las demandas sociales en materia de desarrollo conduce a una postura ética
cuestionable por tratarse del uso de recursos públicos. Y en lo externo, por el colonialismo que
se ejerce a través de las fuerzas del mercado por poderosas multinacionales que están
invirtiendo en nuevas plataformas tecnológicas para transformar la biomasa, afectando derechos
y culturas de comunidades vulnerables del planeta, caso Monsanto, Wal-Mart, Solazyme, Evolva
SA, Amyris y otras, tal cual lo señala el Grupo ETC en múltiples documentos publicados
en www.etcgroup.org
Además del Paisaje Cultural Cafetero, que es una propuesta verde, entre otras para el Eje
Cafetero, he creído en el desarrollo de la química del carbono en el campo de los alcoholes,
complementando los enfoques de Santander en la UIS y Ecopetrol aplicados a la petroquímica,
y de las universidades de Antioquia a la química del carbón mineral. En el marco de esa idea la
Universidad Nacional presentó un portafolio de proyectos a la Industria Licorera de Caldas
(2012), para abordar su reconversión empresarial y tecnológica, con estrategias como
transformar productos de la región, por ejemplo, la papa en vodka, y avanzar más allá de los
licores, dado que en la química de los alcoholes las opciones pasan por biocombustibles,
sucroquímica, alimentos, medicamentos y productos industriales.
325
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
economía naranja, como el sector de la economía creativa que involucra la generación de ideas
y conocimiento. Este par de conceptos, que vienen con el cambio del milenio y que caracterizan
la transición de una economía energívora hacia una economía sostenible post-carbono, superan
con creces el alcance de la llamada economía marrón, entendida como la administración eficaz
y razonable de los recursos a través del uso eficiente de insumos, capital físico y trabajo.
En el año 2015, las industrias de la economía naranja fueron un importante motor del desarrollo
económico en América Latina y El Caribe: generaron 1,9 millones de empleos, e ingresos por
124.000 millones de dólares; de ahí la importancia de la Ley Naranja (Ley 1834 de 2017) como
una apuesta de política pública para proteger la propiedad intelectual y generar valor agregado
a partir de la creatividad y la cultura en el país, dado que en Colombia dicho sector, que en 2012
representó cerca de 1,6 % del Producto Interno Bruto PIB gracias a unas dinámica tras un lustro
de crecimiento en el cual los servicios crecen el doble que los bienes asociados, representa cerca
del 3,3 % del PIB, cifra más representativa que la de la generación eléctrica que es 2%, y que
la del cultivo del café, ya que una cosecha de 14,2 millones de sacos como la de 2015, sólo
representó el 0,8% del PIB.
Mientras la economía marrón, al no tomar en consideración las variables ambientales y sociales
en la gestión del desarrollo, no puede corregir los patrones de acumulación y desigualdad
vigentes, y la economía verde al no incorporar elementos de redistribución de la riqueza ni
estrategias de equidad, entra en profunda contradicción con su objetivo de lograr la
sustentabilidad en un mundo de recursos limitados, contrariamente mediante la innovación, con
la economía naranja como complemento, surge un nuevo escenario de oportunidades de
transformación y desarrollo al alcance de las economías de los países subdesarrollados y de los
medios rurales, a partir de la creatividad y la innovación orientadas a la generación de bienes y
servicios que aprovechen la oferta natural y cultural del territorio, lográndose la implementación
de modelos económicos alternativos basados en el conocimiento como factor de producción, y
por lo tanto en el talento humano.
Sabemos que, aunque las tecnologías fundamentales de la sociedad industrial de ayer, tardaron
décadas para entrar en escena, otras asociadas a la sociedad el conocimiento como la
informática y la biotecnología, han mostrado una dinámica creciente caracterizada por la
velocidad en su adaptación y expansión. Ahora, si con las TIC, el tránsito de la economía marrón
a las economías verde y la naranja, soportado en la economía digital, se ha dinamizado, será
clave comprender el momento en que nos encontramos para trazar políticas públicas de impacto
social y ambiental, no sólo pensando en el crecimiento sino también en el desarrollo, lo que
supone crear capital social y democratizar las oportunidades, en la actual transición entre la
tercera y la cuarta revoluciones industriales.
Lo anterior, que sirva para que en este territorio valoremos la importancia de la educación
como estrategia de desarrollo humano, y apoyemos el esfuerzo de las universidades de
investigación, de los gestores del teatro, los procesos ya consolidados con las bandas de nuestros
municipios, la producción literaria, las artes y el diseño, y la necesidad imperante de certificar
nuestras artesanías e impulsar otras manifestaciones culturales y actividades de reconversión
productiva, que le dan soporte al Paisaje Cultural Cafetero, para intentar por lo menos la
configuración de un punto de inflexión para el tránsito de una “sociedad de tecnología dura”
como la de los medios fundamentalmente urbanos, a una “sociedad de tecnología blanda” típica
de los ambientes rurales, donde las metodologías consideran las interacciones humanas y los
procesos sociales, en beneficio de nuestra comarca.
326
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
327
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
ambiente; contrariamente, la economía azul al ser más eficiente produciendo para todos en la
agricultura y la manufactura, es una apuesta por innovaciones, que inspiradas en la naturaleza
impliquen bajos costos, generen empleo, amplíen el capital de las empresas y produzcan
beneficios, a partir de la utilización de productos locales para satisfacer la demanda del lugar.
Mientras en la economía verde se propende por el bienestar social, la reducción de los
riesgos medioambientales y las amenazas ecológicas, el uso eficiente de los recursos y la
disminución de las emisiones de carbono a un alto costo, que trasladado al consumidor privilegia
un mercado de élites; en la economía azul el modelo parte de la Iniciativa e Investigación de
Emisiones Cero ZERI, de conformidad con las ideas de Pauli. Allí los impactos socioambientales
y económicos se logran cuando los residuos dejan de ser despojos inutilizables para convertirse
en recursos del ciclo de producción que se incorporan a la cadena de valor.
Los fundamentos de este innovador modelo, son:
En lo social: el modelo es socialmente responsable y compatible con una economía de pleno
empleo; en el sistema natural cada riesgo motiva la innovación; el aire, el agua y el suelo son
bienes comunes; la naturaleza, al ser ambientalmente resiliente, optimiza recursos y procesos
para orientarse hacia las necesidades básicas.
En lo ambiental: el agua como principal soluble sirve de catalizador; en la naturaleza todo está
conectado; la gravedad y la energía solar son el principal recurso; la naturaleza es realmente
diversidad y está sujeta a cambios constantes; las soluciones parten de la física, la presión y la
temperatura del lugar; y los sistemas naturales no responden a procesos lineales.
En lo económico: el modelo cosecha los bienes y recursos del patrimonio natural, para
reemplazar por “nada” cada recurso; en la naturaleza un proceso tiene múltiples usos, todo es
degradable en el tiempo, y los desperdicios o la basura no existen; la naturaleza trabaja solo
con lo disponible, persigue las ventajas de la diversificación, y promueve una economía de pleno
empleo.
En suma: la economía azul, no solo propone sino que también desarrolla proyectos empresariales
en diversos sectores, demostrando la viabilidad de un modelo empresarial sostenible y
competitivo, de producción ecológica amigables con el medio ambiente, generador de bienes
accesibles, y de beneficios medioambientales, financieros y sociales: se han implementado
proyectos como el cultivo de hongos comestibles a partir de desechos de café, e intervenido
procesos de transformación reutilizando desechos mineros o agrícolas, además otros con ahorro
de combustible y reducción de emisiones contaminantes, mostrando que el país innovador y
creativo y la región tienen una nueva alternativa compatible con la economía naranja.
EPÍLOGO
En medio del lento crecimiento, la progresiva desigualdad y la emergencia ambiental como
factores que afectan la economía y la sociedad, Colombia puede emprender una recuperación
transformadora, con igualdad y sostenibilidad, basada en una combinación de políticas integrales
que generen impactos cuantitativos sobre el crecimiento, la distribución del ingreso y el sector
externo, sin recurrir a medidas inflacionarias, siempre y cuando se fortalezca el papel del Estado,
y se construyan consensos incluyentes para apoyar con estrategias macroeconómicas, sectores
estratégicos con responsabilidad social y ambiental, y particularmente con un viraje hacia la
economía del conocimiento.
328
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ahora, en relación con la economía creativa, sector donde el gobierno ha priorizado la economía
naranja, cuya importancia radica en la posibilidad de expandir su participación en el PIB del
3,2% al 7% en la década 2020-2030, no sólo habrá que resolver la desigual dotación de los
inputs necesarios para el desarrollo de las actividades intensivas en conocimiento, sino también
identificar los clústeres innovadores que pueden perdurar, ya que la clave estaría en el carácter
estratégico de las industrias de alta complejidad tecnológica, en los servicios intensivos en
conocimiento y en las industrias culturales. Sobre este asunto, ahora más que nunca, vemos la
importancia de la conectividad y transformación digital, como factores que se convierten en
nueva realidad y exigencia para los empresarios.
Pero el problema de la economía a más largo plazo, pasa por cuatro escenarios: 1- una deuda
externa que ya ha llegado a límites impensables, al ubicarse en U$150 mil millones tras un
crecimiento del 53,7% (30% pública y 23,7% privada); 2- una caída de la inversión extranjera
que en los dos últimos lustros al pasar de una media de U$10 mil millones a tan sólo U$6 mil
300 millones, se ha reducido más del 34%; 3- el costo de la pandemia que ya supera los $33
billones, gravitando sobre el recaudo de una gran reforma tributaria, aún por implementar; y 4-
un horizonte poco esperanzador de la locomotora del petróleo, que con el carbón en una
proporción que supera 2 a 1, responde por el 47% de nuestras exportaciones.
Como conclusión, si bien hemos hecho anotaciones al corto plazo, para una verdadera
reconstrucción post-pandemia, habrá que reconsiderar la función redistributiva del Estado para
poder cambiar el perfil de nuestra economía, caracterizada como proveedora de materias primas
y mano de obra barata, favoreciendo la funcionalidad del capitalismo global, haciendo de esta
crisis sin precedentes en Colombia y en el mundo subdesarrollado una oportunidad, para cambiar
de dirección implementando, además de cambios profundos en el modelo educativo, un modelo
de desarrollo apalancado en políticas públicas que favorezcan un cambio de primer orden, con
transformaciones sociales y ecológicas.
* Referencias: (1) La Patria. Manizales, 2017.12.18; (2) La Patria. Manizales, 2013.12.30; (3) La
Patria. Manizales, 2018.02.12; (4) La Patria. Manizales, 2019.11.18.
…
ENLACES U.N.
Aerocafé en tiempos de El inestable clima y la crisis del Plan de CT&I y TIC en Caldas.
pandemia. agua.
Reflexiones sobre tecnología y
Ciencia y tecnología en la El ocaso de la universidad medio ambiente.
sociedad del conocimiento. pública.
Retos ambientales y logísticos en
Conocimiento y prosperidad en El porqué de los aguaceros en la hidrovía del Magdalena.
Colombia. Colombia.
Significado y desafíos del regreso
Crisis y Opciones en el Río Motocicletas y seguridad vial. del tren.
Grande de Colombia.
Navegando el Río Grande de la Tiempo y Calendarios.
Cultura & Astronomía (C&A). Magdalena. Un nuevo modelo educativo.
Del antropocentrismo al Nuestro corredor logístico para el Un TIM verde para el POT.
biocentrismo. PND.
329
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 11
CIRCULO DE MOHR
11.1ESFUERZOS NORMALES Y
TANGENCIALES EN EL SUELO
Notación:
= Sigma = Esfuerzo normal o directo a la
superficie.
= Tau = Esfuerzo de cizalladura o cortante a la
superficie.
> 0 = Compresión; < 0 = Tracción.
zx = Cortante en la dirección X, sobre el plano Z
(el plano Z es el plano X–Y).
z = Esfuerzo normal y en la dirección Z.
Sobre las caras del cubo existen 9 elementos (fig. Figura 11.1 Esfuerzos en una masa de suelo
11.1), las que se pueden escribir así:
xx xy xz
yx yy yz = = Tensor general de esfuerzos en R3 (11.1)
zx zy zz
xy
x xy * a 2 * a 2 − yx * a 2 * a 2 = 0
B
X Entonces: xy = yx (11.2)
O
yx
Reduciendo el problema a dos dimensiones únicamente,
(11.1) puede escribirse con sólo 3 componentes y no 4,
según (11.2).
xy y
330
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
En el plano Z (o X,Y), se dibuja las 4 componentes del esfuerzo. En este caso x, y compresivos. yx
se ha hecho xy. Entonces, de las 4 componentes del esfuerzo, tres son independientes: Las de la
ecuación (11.3).
La ecuación (10.3) y la ecuación (10.1) se pueden expresar, para los esfuerzos principales, en R 2 y
R3, así:
1 0 0
0
= 1 y = 0 2 0 (11.4)
0 2 0 0 3
Los tensores expresados en (11.4) suponen una rotación del sistema, hasta que los esfuerzos cortantes
se hagan nulos (i j = 0), según lo visto en la Sección 9.6.
Y Y
B B 11.2 ESFUERZOS EN UN PLANO.
xy P n= xy P n=
x
El problema es que, conocido el tensor en
R2, calcular y , siendo el ángulo del
A A plano con el eje Y (o del esfuerzo normal
O X O X
yx al plano, con el eje X).
y
NOTA: La matriz de cosenos directores
Figura 11.3 Esfuerzos en un plano. en R2 es la del coseno del ángulo de (,
) con (X, Y):
cos sen
T =
cos
(11.5)
− sen
331
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
( + y ) ( − y )
= + cos 2 + xy sen 2
x x
(11.10)
2 2
= xy (cos2 - sen2) – (x – y) sen cos
( − y )
= xy cos 2 − sen 2
x
(11.11)
2
− 2 xy
Además, tg 2 =
( x − y )
(11.12)
1 =
1
2 2
( x + y ) + 1 ( x − y )2 + 4 xy2 1
2
(11.13)
2 =
1
2 2
( x + y ) − 1 ( x − y )2 + 4 xy2 1
2
(11.14)
A veces es conveniente el análisis de los ejes X e Y en la dirección de 1, 2, entonces de (11:10) y
(11:11), cuando xy = 0:
=
1
( 1 + 2 ) + 1 ( 1 − 2 ) cos 2 (11.15)
2 2
= −
1
( 1 − 2 )sen 2 (11.16)
2
(11.10), (11.11), (11.13), (11.14), (11.15) y (11.16) se denominan “ECUACIONES
PARAMÉTRICAS”
332
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
11.2.1 El plano de máximo esfuerzo de cizalladura: Se encuentra con la ecuación (10.16); en ella
es máximo cuando sen 2 = 1 = 45°
1 − 2
max = y = 45° (11.18)
3
11.2.2 Esfuerzo hidrostático: Cuando 1 = 2 = 3 (en R3) y no existe cortante en el material (xy =
yz = zx = 0). En este caso sólo existe cambio de volumen, elástico o permanente.
+ +
1 2 3
11.2.3. Esfuerzo octaédrico: oct = 3
(11.19)
11.2.4 Esfuerzo desviador ’: Sobre un esfuerzo es del tipo hidrostático, puede darse un esfuerzo
adicional normal y en una dirección, llamado esfuerzo desviador ’, que para la dirección 1 es:
( 1 + 2 + 3 )
'1 = 1 − = 1 −
3
(2 1 − 2 − 3 )
'1 =
3
Igualmente: (2 2 − 1 − 3 )
'2 = (11.20)
3
(2 3 − 1 − 2 )
'3 =
3
333
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
3
a
1
A
1 − 3
c b 2
1 3 1
3
1 + 3
Punto A de coordenadas A() 2 1 − 3
2
Consideremos el estado de esfuerzos en el PLANO PRINCIPAL de 3, plano en el que actúan los
esfuerzos principales 1 y 3, ver Sección 10.6. Asumamos > 0 en compresión y > 0 en dirección
retrógrada. El esfuerzo desviador es la magnitud 1 – 3, diámetro del CÍRCULO DE MOHR, cuyo
centro es ( 1 + 3 )2 , con ordenada = 0 en el plano considerado y que definimos como plano , .
Dada la magnitud y dirección de 1 y 3 se pueden calcular los esfuerzos: normal y tangencial ,
en cualquier PLANO “ab” con dirección medida en sentido retrógrado a partir de , así:
1 + 3 1 − 3
= 1 cos 2 + 3 sen 2 = + cos 2 (11.21)
2 2
1 − 3
= ( 1 − 3 )sen cos = − sen 2 (11.22)
2
Comparando (11.21) y (11.22) con las ecuaciones (11.10), (11.11), (11.15) y (11.16), vemos que se
ha tomado 3 por 2, para asociarlas al círculo de Mohr.
Entonces, EL CÍRUCLO DE MOHR tiene por circunferencia el lugar geométrico de puntos, como
A, que representan los esfuerzos sobre un plano, cuya normal forma un ángulo con la dirección del
esfuerzo principal mayor 1. El punto A representa al plano “a-b”.
334
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
POLO. La noción de polo es de gran utilidad para las construcciones gráficas del CÍRCULO DE
MOHR.
El polo es un punto del círculo de Mohr designado por P, con la siguiente propiedad única: una línea
trazada a partir del polo paralela a un plano dado en el suelo, cortará el círculo de Mohr en un punto
cuyas coordenadas corresponden a las componentes y del esfuerzo en ese plano.
Ejemplo11.1:
S
() K
El punto H tiene coordenadas (z, -zx) que
definen el estado de esfuerzos en el plano cb, 0 0
por lo que, al trazar por H la línea HP,
N M
paralela a la línea cb, obtengo el polo P. c
El máximo es el radio del círculo de Mohr y este esfuerzo tangencial se produce en planos que forman
45° con el esfuerzo normal mayor 1.
335
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Si el estado de ESFUERZOS es GEOSTÁTICO, los máx estarán sobre planos que hacen 45° con el
horizonte y la magnitud de max, dependerá de K, el COEFICIENTE DE PRESIÓN DE TIERRAS
h
K = 1 max = 0 donde K =
Si V
V
Si K 1 max = (K − 1)
2
Ejercicios 11.2 Para las figuras I y II dadas, obtenga los esfuerzos en el plano mn.
obtener el punto A.
7) Leemos las coordenadas de A, punto que representa al plano mn, esto es:
Caso I : = 2,5 Kg
cm 2
; = -0,87 Kg
cm 2
= 120°
Caso II : = 3,5 Kg
cm 2
; = 0,87 Kg
cm 2
= 30°
Otra solución: Los pasos 1, 2 y 3 iguales, lo mismo los pasos 6 y 7. El paso 4 puede ser: Por 4,0 trazo
CP paralela al plano sobre el cual actúa el esfuerzo 4,0. El paso 5, obtener con CP el polo P y listo.
336
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
1 2 3 4
P (−) ()
1 B 0
0 2
-1 4 Kg/cm 2
-1 30
O
m n
C
=1 Kg/cm 2
4
A -1 2 Kg/cm 2
-1
0
Solución gráfica.
1) Sitúo en el plano los puntos A (4,-1) y B (2,1), que son las caras A y B. Los signos, > 0 en
compresión y > 0 en sentido retrógrado.
3) Por A, trazo AP paralela a la cara A, para obtener el polo P. (Este paso también puede ser: Por B
trazo BP paralela a la cara B).
7) Solución analítica
1 − 2 xy 1 − 2(−1)
'= ar tg = ar tg = +2230'
( x − y ) 2
(*)
2 (4 − 2)
1 =
1
2 2
( x + y ) + 1 ( x − y )2 + 4 xy2
1
2
=
1
2 2
(4 + 2) + 1 (4 − 2)2 + 4(1)2
1
2
= 4,41 Kg cm2
2 =
1
2 2
( x + y ) − 1 ( x − y )2 + 4 xy2 1
2
=
1
2 2
(4 + 2) − 1 (4 − 2)2 + 4(1)2 1
2
= 4,41 Kg cm2 = 1,59 Kg m 2
337
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
D 1 D 3 D 1 − D 3
= 0,44; = 0,04; = 0,40 (borde del tanque y Z = r)
q q q
Z X
= 1; = 1 I 0 = 0,33 (para borde del tanque y Z = r)
r r
Como D2 < D < D1 existe cortante sobre el plano horizontal.
11 − 1 11 + 1
R= = 5; O= =6
2 2
338
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
2 4 6 8 10
5,0
H(D h,D ) V
0 0
2,5
D v 11 Ton/m 2
D h 8,25 Ton/m 2
−D
D 3 O D 1 60 D h
0 1 Ton/m 2
A B
+D D h 3,6 Ton/m 2
D 3
D 3
-2,5
D 1 D v D 1
D 3
D 1 Z
D v
-5,0 P 0 0V(D ,D )
v
Por la simetría del círculo, existen dos puntos con diferente . Escojo V con < 0.
Solución
Se definen los ejes X y Z de la figura y se tienen como base la dirección de F 1, F2, F3, F4.
x = F g A = 183,9 KN m
2
2 z = F g A = 275,9 KN m
1
2
Luego se calculan ; y el cortante
xz = zx = F3 g
= 611,3 KN
A m2 . xz < 0 por el sentido negativo y zx > 0 por el sentido retrógrado.
El polo P se localiza desde (z; zx) y el plano principal mayor genera = 26° con X.
339
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
100
F1 z =275,9
eje x
F4 P. principal menor z x =61,3
50 = 6
F2
0,0 3 1
154 346
F3
-50 x =183,9
F1 eje z xz = -61,3
-100
0 50 100 150 200 250 300 350
z´
Z zx Z 1´
Además, OO’ = U = 50 KN
m2
. 2´
x´ xz
x´
xz 2´
P’ se desplaza hacia atrás 50 KN
m2
. zx
z´ 1´ 26
X X
Ejercicio 10.7. Para la figura, la ecuación de esfuerzos principales está dada por 1 = q ( + sen )
3 = q ( − sen ) y la dirección de 1 bisecta el ángulo . Calcule x (horizontal), el y (vertical) y xy
en el punto A (x = 0,75B; y = B/2)
340
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
=8 + 2
3 O 1
=977
y
x xy
A P yx A 0,2489q
0,2188q
(y,xy) Polo -0,2188q
0,2137q
X+ B
+ = arctg 2
= ar tg 2,5 = 68 ,20
Y
X − B2
= arctg = arctg 0,5 = 26 ,57
Y
= 68,20 − 26,57 = 41,63
+ 2 = 26,57 + 412,63 = 47,38 =
1 =
q
(0,7267 + sen 41,63) = 0,4428 q
3 =
q
(0,7267 − sen 41,63) = 0,0198 q
Con 1 y 3 se dibuja el círculo, con centro en O = 0,2313q y radio R = 0,2115q.
el plano sobre el cual actúa el esfuerzo vertical pedido; este es A(y; -xy).
Para calcular A, calculo = 180° - 2 = 180° - 94°,77 = 85°,23
Y A(x,y)
1 + y
y = − R cos = 0,2313 q − 0,0176 q = 0,2137 q
2
1 + y
x = + R cos = 0,2313 q + 0,0176 q = 0,2489 q
2
xy = R 2 sen = 0,2115 q * sen 8523 = 0,2108 q
341
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
3 O = 1 (Kpa)
1
3
R = 50 2
3
1
100
− 2 xy 1 − 2 * 50
= arctg
1
= arctg = 22,5 Fórmula 11.12
2 x − y 2 50 − 150
x + y
1 = + R = 100 + 70,7 = 170 ,7 KPa
2
x + y
3 = − R = 100 − 70,7 = 29,3KPa
2
CÍRCULO DE MOHR PARA VARIOS ESTADOS DE ESFUERZOS REPRESENTATIVOS.
Los suelos soportan, por lo general, esfuerzos de compresión; sin embargo, los suelos cohesivos pueden
presentar alguna resistencia a la tracción. La figura 11.6 presenta una serie de círculos de Mohr que representan
varios estados de esfuerzos.
Tracción Compresión B
A
Envolvente de Mohr
C
D,E
A B C D E
C írculo de Mohr
A: T racción
B:Cortante puro
C:Compresión pura
D, E: Esfuerzos biaxiales
342
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Efectivos U
Efectivos U
Plano de falla
1
3 O 1
C
3
T B
A T 3 C 1
Tracción Compresión
Polo P (,)
10.4 DIAGRAMA p – q:
Para dibujar una trayectoria de esfuerzos, de un ensayo, no es fácil obtener una sucesión de círculos de Mohr,
por lo que la literatura moderna utiliza los diagramas p – q, donde cada círculo tiene un punto de coordenadas
(p, q), cuya sucesión da la TRAYECTORIA DE ESFUERZOS.
1 + 2 1 − 2
Si p= y q= = máx puedo dibujar las siguientes trayectorias:
2 2
1 + 3 1 − K0
= cte h −v
1 − 3 2 q= 0 = arctan
q=
2
1=cte II 2 1 + K0
3=cte
0
1 + 3
P=
1=3 2 h +v
K=1 P=
2
D
I 1
q Trayectoria de
3 esfuerzos
C
D
Con O : 1 = 3
Luego : = cte.
D
B
B C
A
A P 3
O O
= + nD
i1 10
i = 1, 2, 3, 4
344
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Portada: Los pronósticos de desempleo, pobreza y crecimiento para Colombia. Revista Semana,
en: https://www.semana.com
**
La nueva economía
Imagen1: Según Fedesarrollo, la pobreza promedio en Colombia para 2020 aumentará desde el
26,9% hasta el 38%. La pobreza extrema también aumentará desde el 7,4% hasta
11,3%. www.dinero.com
En medio del lento crecimiento, la progresiva desigualdad y la emergencia ambiental como factores
que afectan la economía y la sociedad, Colombia puede emprender una recuperación transformadora,
con igualdad y sostenibilidad, basada en una combinación de políticas integrales que generen
impactos cuantitativos sobre el crecimiento, la distribución del ingreso y el sector externo, sin recurrir
a medidas inflacionarias, siempre y cuando se fortalezca el papel del Estado, y se construyan
consensos incluyentes para apoyar con estrategias macroeconómicas, sectores estratégicos con
responsabilidad social y ambiental, y particularmente con un viraje hacia la economía del
conocimiento.
345
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ahora, en relación con la economía creativa, sector donde el gobierno ha priorizado la economía
naranja, cuya importancia radica en la posibilidad de expandir su participación en el PIB del 3,2% al
7% en la década 2020-2030, no sólo habrá que resolver la desigual dotación de los inputs necesarios
para el desarrollo de las actividades intensivas en conocimiento, sino también identificar los clústeres
innovadores que pueden perdurar, ya que la clave estaría en el carácter estratégico de las industrias
de alta complejidad tecnológica, en los servicios intensivos en conocimiento y en las industrias
culturales. Sobre este asunto, ahora más que nunca, vemos la importancia de la conectividad y
transformación digital, como factores que se convierten en nueva realidad y exigencia para los
empresarios.
**
Crecimiento y dependencia
Imagen2: desempleo para mayo de 2020, rumbo a cerrar el peor semestre de la historia
reciente. https://www.larepublica.co/
A nivel global, en un escenario de alza en las tasas de interés por los países desarrollados, por la
volatilidad en el precio de los bienes primarios y la guerra comercial que libran las mayores economías
del planeta entre otros factores, podrían generarse efectos negativos en las economías en desarrollo
o de países emergentes con una economía reprimarizada, con fuerte impacto para cerca de 1500
millones de trabajadores en condiciones de empleo vulnerable, dada su precariedad y desprotección
consecuencia de la ausencia de estructuras sociales.
En relación con el crecimiento, según las proyecciones del Departamento de Agricultura de EE.UU.
este era el panorama al 2030, antes de la pandemia: China duplicará su PIB situándose cerca de
346
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
EE.UU. y La India será la tercera economía del mundo; a su vez, en América Latina, Brasil que
superará de forma significativa el PIB de los países de la región, será seguida por México y luego
aparecerán en su orden, Argentina, Venezuela, Colombia, Chile y Perú. Pero frente a ese panorama
ahora agravado por la pandemia, dado que no tenemos los mismos recursos económicos para
enfrentar sus consecuencias, sabiendo que la longevidad aumentará dos años en promedio debido a
la genómica, y que la robótica sustituirá empleos, aunque el número de países pobres seguirá
disminuyendo, frente a los desafíos de la década entrante la pregunta es: ¿qué hacer para que los
gobiernos puedan garantizar asistencia y prestaciones sociales suficientes, ante situaciones de
necesidad, especialmente en caso de paro laboral?
**
A democratizar la democracia
347
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Se trata entonces de la dicotomía entre la justicia social o la convulsión ciudadana, puesto que los
países sacudidos por crisis políticas y protestas violentas frente a medidas como las sugeridas por el
FMI que sólo han sido un detonante, requieren fortalecer la democracia, combatir la corrupción y las
extremas desigualdades sociales, recurriendo a políticas sociales innovadoras, y reducir la
dependencia de las materias primas mediante la diversificación e incremento de la productividad.
Esto además de permitir que nuestros jóvenes y campesinos, encuentren opciones diferentes a la
rentabilidad de las actividades criminales en la ciudad y en el campo, es un asunto que no se resuelve
luchando contra la pobreza, sino con equidad en la distribución de la tierra y en las oportunidades,
dos estrategias que suponen más Estado para la nueva sociedad latinoamericana.
**
Un pacto y un plan
Imagen4: Según el Dane, en junio de 2020, perdieron su ocupación 4,2 millones de personas en
comparación con el mismo periodo de 2019, por lo que la tasa de desempleo llegó a 19,8%,
cuantía por debajo del récord de 21,4% de mayo 2020. www.larepublica.co
Colombia que en el presupuesto general de la nación para el 2021, proyecta $238,1 billones para
inversión y funcionamiento, lo que supone un incremento del 13,5%, y $76 billones adicionales para
el servicio de la deuda, según el Ministerio de Hacienda -con lo cual esta cuantía crece un 41%
respecto al año anterior-, muestra que la apuesta para la recuperación económica y el empleo, es la
inversión cuya cuantía asciende a $53,1 billones, ya que en gastos de funcionamiento se
comprometerán $185 billones. Como referente, si en 2020 el PIB llegaría a $815 billones con una
contracción del 5% según el Banco de la República, para el 2021 subiría 4%; esto según Fedesarrollo,
quien subraya el impacto de las medidas de aislamiento, sobre el ritmo a la actividad y el consumo
de los hogares.
348
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Debido a la pandemia contrayendo la inflación en 2020 a valores que llegarán al 1.8%, entre otros
el desempleo que subirá a tasas del 12,3% en hombres y del 20,7% en mujeres, además de expresar
inequidad de género, resultará difícil de revertir la situación a un solo dígito. Como referente, la
informalidad con niveles del 60% en Colombia, agravada por una migración de 1,7 millones de
venezolanos, donde de cada 10 migrantes 6 no se registran, es una situación de enorme gravedad
que, no siendo posible resolverse por la vía de las reformas tributarias, según expertos como el
exministro Jorge Valencia Jaramillo, reclama una reforma que modifique la estructura pensional
quitando privilegios, y extienda la edad de jubilación.
**
La ruralidad
349
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
ahora depende cada vez más de unas competencias sociales e intelectuales, que en promedio los
jóvenes no han desarrollado, máxime ahora cuando muchos oficios vienen desapareciendo, y el
avance del conocimiento obliga a procesos de reaprendizaje, conforme las empresas se están
haciendo más competitivas al estar obligadas a entrar al mundo de la automatización y de la robótica.
Ahora, además de priorizar la formación del capital social sobre el crecimiento económico, conforme
va palideciendo la sociedad industrial de ayer y el conocimiento asume el protagonismo entre los
factores de producción, Colombia deberá desarrollar políticas de Ciencia, Tecnología y Cultura como
estrategias para cerrar la brecha de productividad, en las que se diferencien la producción rural y
artesanal, de la industria y agroindustrial donde la metodología de los clúster es clave, y ajustar las
actuales políticas rurales, agrarias, mineras, e industriales, dada la vulnerabilidad de los primeros a
los efectos de los TLC.
**
El medio ambiente
…
Imagen6: En Colombia, el segundo país más biodiverso del mundo, el 46 % de los ecosistemas
están en riesgo. Imagen: especies endémicas, SiB; y ecosistemas amenazados, IAvH y U.
Javeriana.
La huella ecológica es un indicador del impacto ambiental asociado a la demanda humana
presionando los ecosistemas del planeta, relacionándola con la capacidad ecológica de la Tierra, de
regenerar tales recursos y absorber nuestros desechos. Si se tiene en cuenta que para mediados del
siglo la población mundial que hoy alcanza 1os 7 mil 300 millones llegará a los 10 mil millones de
habitantes, ya no podemos continuar hablando de abundancia, de un lado porque si con la inequidad
incremental llevando a la pobreza a 821 millones de personas que en 2019 estaban en situación de
inseguridad alimentaria, la cuantía con o sin pandemia tiende a intensificarse, y también -sobre todo-
350
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
, porque con la cultura del despilfarro que caracteriza al capitalismo salvaje, al año 2020 se ha
superado la biocapacidad del planeta en un 75%.
Si bien la firma del histórico acuerdo de la Habana no es la Paz, si es una oportunidad para crear
condiciones propicias que permitan emprender los complejos procesos con que ésta se construye, a
partir de una aceptación colectiva y de un cambio de actitud personal, como condiciones necesarias
de soporte para las reformas estructurales, urgentes pero de largo plazo, que resolverán las
disfunciones socioambientales que se han venido acumulando por más de medio siglo, como
consecuencia de un Estado débil y de un modelo económico que al cooptarlo con la reforma a la
Carta de hace 25 años, ha acentuado la inequidad, facilitado la corrupción y favorecido la violencia
que explica cerca de ¾ de millón de víctimas mortales y más de cinco millones de desplazados,
causados por el conflicto armado.
**
El largo plazo
…
Imagen7: Según el DANE, aunque las ventas externas de Colombia crecieron en mayo 1,2%
jalonadas por los combustibles con una participación del 5,2%, en lo corrido cayeron 0,01%. Lo
anterior, dado que en exportaciones la economía extractiva representa cerca del 60%.
Pero el problema de la economía a más largo plazo, pasa por cuatro escenarios: 1- una deuda externa
que ya ha llegado a límites impensables, al ubicarse en U$150 mil millones tras un crecimiento del
53,7% (30% pública y 23,7% privada); 2- una caída de la inversión extranjera que en los dos últimos
lustros al pasar de una media de U$10 mil millones a tan sólo U$6 mil 300 millones, se ha reducido
más del 34%; 3- el costo de la pandemia que ya supera los $33 billones, gravitando sobre el recaudo
de una gran reforma tributaria, aún por implementar; y 4- un horizonte poco esperanzador de la
locomotora del petróleo, que con el carbón en una proporción que supera 2 a 1, responde por el 47%
de nuestras exportaciones.
Como conclusión, si bien hemos hecho anotaciones al corto plazo, para una verdadera reconstrucción
post-pandemia, habrá que reconsiderar la función redistributiva del Estado para poder cambiar el
perfil de nuestra economía, caracterizada como proveedora de materias primas y mano de obra
barata, favoreciendo la funcionalidad del capitalismo global, haciendo de esta crisis sin precedentes
en Colombia y en el mundo subdesarrollado una oportunidad, para cambiar de dirección
implementando, además de cambios profundos en el modelo educativo, un modelo de desarrollo
351
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
apalancado en políticas públicas que favorezcan un cambio de primer orden, con transformaciones
sociales y ecológicas.
**
Gracias
Anexo 6: El desastre de Armero por la erupción Anexo 18: Introducción a la teoría económica
del Ruiz
Anexo 19: Preservación Ambiental e Hídrica y
Anexo 7: Eje Cafetero: cambio climático y PCC de Colombia.
vulnerabilidad territorial
Anexo 20: Colombia tropical, ¿y el agua qué?
Anexo 8: Manual de geología para ingenieros
Anexo 21: Eje Cafetero: construcción social e
Anexo 9: Geotecnia para el trópico andino. histórica del territorio
Anexo 10: Túnel Manizales Anexo 22: El territorio caldense: ¿un constructo
cultural?
Anexo 11: Guía astronómica
Anexo 23: Colombia intermodal: hidrovías y
Anexo 12: La Luna trenes
Anexo 13: Astrofísica y Estrellas Anexo 24: UMBRA: La Ecorregión Cafetera en
los mundos de Samoga.
352
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 12
COMPACTACIÓN DE SUELOS
12.1 DEFINICIÓN
Es la densificación del suelo por medios mecánicos. El objetivo, mejorar la resistencia y estabilidad
volumétrica, afectando la permeabilidad, como consecuencia del proceso de densificación de la masa.
La estabilización comprende:
a) Compactación
b) Mezcla granulométrica
c) Adición de compuestos especiales (antes de mezcla y/o compactación)
a) Proctor estandar o normal, con pistón de 5 ½ lbs, h = 12’’, N = 25 golpes y 3 capas a compactar.
El molde de = 4’’ y volumen 1/30 ft3.
353
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
La humedad óptima es
la que se corresponde
con el máximo de la
curva de densidad. La
rama seca es la que se
corresponde al suelo
bajo de humedad,
donde la fricción y
cohesión dificultan su
Figura 12.1 Curva de saturación S y de compactación para el Proctor Modificado: PM densificación. La rama
y el Proctor Estándar: PE húmeda, es asintótica
a la línea de
saturación, que se desplaza hacia la derecha de la humedad óptima de compactación, dado que la
energía de compactación de un suelo muy húmedo la absorbe el agua y no el esqueleto mineral.
La curva de saturación, o de contenido de aire nulo, es dibujada como auxiliar para el análisis, es
teórica y no depende de los resultados del ensayo. La ecuación es:
G S = Gravedad específica
= Peso unitario del agua
GS * W W
d =
* GS = Humedad del suelo
1+
S S = Grado de saturación
Para S = 1 y W = 1, se tiene d =G S
1+ *GS . Esto facilita el dibujo rápido de la curva S = 100%.
La curva S de los valores de d que debe tener el suelo saturado para cada valor de .
En la compactación, sale aire, y no agua. Como es imposible sacarlo todo, la curva de compactación
no podrá llegar a confundir su rama húmeda con la curva S 0 100%. Esta propiedad nos permite
tener en evidencia errores en la curva d Vs .
Las otras curvas (S = 80%, por ejemplo) dicen qué porcentaje de aire queda en el suelo (20%, por
ejemplo).
12.4.2 Penetrómetro Proctor. Herramienta que se hinca a mano. Se trata de una aguja o varilla
con un dispositivo para medir la fuerza requerida (en libras), para que la penetre (variable en tamaño
y forma) profundice en el suelo 3’’ por lo general. La operación se hace en laboratorio y en campo,
simultáneamente, para comparación de d, o de la humedad si se quiere. (No debe existir grava en
el suelo).
354
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ee = n * N * W * h
V
Siendo N = # de capas; n = # de golpes; W = peso del pistón; h = altura de caída del pistón; V
= volumen del molde y muestra. La AASHTO (departamento de carreteras de USA), tiene dos
normas: La T99 para el proctor estándar que exige E e = 6,03 Kg cm
cm3
y la T180, para proctor
Los métodos de laboratorio son impacto, amasado y de carga estática. Ellos dan resultados diferentes
y afectan las condiciones del suelo de manera distinta.
La compactación de campo se hace con rodillos lisos, neumáticos o con “pata de cabra”. Los rodillos
pueden ser vibratorios y los sistemas suelen hacerse mixtos. Se pueden usar ranas o canguros
(vibrocompactadores), en áreas pequeñas.
El contenido de agua del suelo se relaciona con la permeabilidad. En arcillas se dan tensiones
capilares que favorecen la formación de grumos que dificultan la compactación. El resultado no es
el mismo, en d, aumentando agua que esperando a que el suelo la pierda; es decir, compactando
por la rama húmeda o por la rama seca, pues el suelo tarda tiempo en admitir agua que se agrega,
en el primer caso.
355
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
En suelos recompactados, el resultado es diferente al de los suelos vírgenes. Los pesos unitarios
resultan mayores.
La temperatura genera evaporación o condensación, con lo que se afecta la humedad del suelo. Esto
obliga a compactar iniciando con humedades diferentes a la óptima.
2= Arena. 2,00 gr
cm3
= 12%
d − dMIN
GC = d *100 Cr = *100
dMAX dMAX − dMIN
ENLACES U.N.
357
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Los pronósticos
Los pronósticos de la Organización Meteorológica Mundial y organismos como
el International Research Institute for Climate and Society (IRI) o el Climate
Prediction Center (CPC) del gobierno de Estados Unidos siguen pronosticando
“normalidad” – o “condiciones del “El Niño-Southern Oscillation” (ENSO) de carácter
neutral durante el verano del hemisferio norte.
Aunque los modelos habían anticipado escenarios climáticos “neutrales” para este
verano, hoy se estima que dichas condiciones podrían cambiar hacia un episodio de
El Niño para finales del año en curso (Ver grafica siguiente).
358
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Fuente: CPC-IRI.
El problema
Después del riesgo de inundaciones y deslizamientos en temporadas invernales -que
coinciden con la fase húmeda del ENSO conocida como La Niña- Colombia enfrenta
el riesgo de las sequías que se asocian con El Niño -un fenómeno atmosférico
exacerbado por el cambio climático-.
De aquí a su vez tienden a resultar las heladas en los altiplanos andinos, que ocupan
el 7% de la superficie agropecuaria colombiana y conllevarían pérdidas económicas
para 1.758.000 habitantes expuestos (3,6% del total nacional), particularmente en
actividades como la producción de leche en praderas, y los monocultivos a cielo
abierto de cereales, hortalizas, frutas, flores, papa y otros perecederos.
Estas heladas pueden resultar de una corriente de aire frío, o pueden ser mayores
si resultan de un estado de alta presión atmosférica con vientos en calma. También
existen heladas de irradiación térmica, sobre todo en altiplanos, cuando el terreno
359
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
se enfría durante la noche porque el calor ha subido hacia la atmósfera sin presencia
de nubes, lo cual intensifica las heladas en la madrugada.
Ahora bien, para valorar el grado de exposición a las heladas hay que tener en
cuenta:
▪ La altitud del territorio, ya que la temperatura disminuye 6°C por cada mil
metros sobre el nivel del mar (msnm), de modo que el riesgo es Alto sobre
los 3000 msnm, Moderado entre 2800 y 3000 msnm, y Bajo entre 2500 y
2800 msnm;
▪ La cobertura vegetal. Mientras que los pastos limpios y sabanas, al igual que
los cultivos menos densos ofrecen un grado de exposición Alto, y los mosaicos
de cultivos arbustivos con pasturas y matorrales ofrecen exposición
Moderada, en las coberturas boscosas o arbóreas altas y densas, el grado es
Bajo;
Según la Comunidad Andina, entre 1970 y 2007 se reportaron 639 casos de heladas
en la región con diversos niveles de pérdidas en población, cultivos y ganadería,
distribuidos así: 553 eventos corresponden a Perú -dada la mayor extensión
territorial y población expuesta-, 35 a Bolivia, 40 a Colombia y 11 a Ecuador (Cuadro
adjunto).
360
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
361
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Área Área
Parte I % Área
total expuesta
Colombia 533 37 7
Ecuador 115 25 21
Población Población
Parte II % Poblac.
total expuesta
Las heladas en Colombia afectan áreas localizadas a más de 2500 msnm -como el
Altiplano Cundiboyacense, la sabana de Túquerres-Ipiales y tierras frías de Antioquia
y la Cordillera Central-, principalmente en los meses secos del año. Estas heladas
han ocasionado pérdidas cuantiosas en cultivos de flores, maíz, papa y hortalizas, y
para productores de leche.
Entre 1978 y 2007, los municipios más afectados según el número total de heladas
fueron Sogamoso (200 heladas), Tenjo (270), Zipaquirá (240), Sopó (200),
362
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
¿Qué hacer?
▪ Los riegos por aspersión cerrando el día para bajar las temperaturas en el
predio;
▪ Los riegos por inundación para mantener el suelo húmedo y reducir
considerablemente el riesgo;
▪ El calentamiento del aire y la plantación para mantener los tejidos vegetales
por encima de la temperatura letal;
▪ La ventilación del predio para reducir el efecto de radiación al homogenizar
la temperatura del aire;
▪ El aislamiento térmico de los cultivos, empelando materiales comunes en el
mercado.
Hay por supuesto que evaluar el costo- beneficio de las opciones anteriores, pero
además hay que pensar en las medidas preventivas, entre las cuales se destacan:
363
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
▪ Utilizar cercas de plantas para evitar los flujos de aire frío sobre el cultivo;
▪ Manejo adecuado en la fertilización y mínimo laboreo del suelo para disminuir
la pérdida de energía; y
▪ Técnicas de cultivo como la compactación del terreno para sacar el aire
contenido en la masa de suelo que favorece la helada.
***
ANEXOS
364
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 13
13.1 INTRODUCCIÓN.
En la geotecnia, el desarrollo de un trabajo no puede agotarse en la fase de diseño, ya que sus
resultados sólo tienen el carácter de hipótesis más o menos fiables. Es necesario controlar la obra
mediante la ejecución de las labores siguientes:
13.3SISTEMAS DE MEDIDA
365
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Se instalan aprovechando los sondeos, los más comunes son el inclinómetro y el extensómetro.
Sistema de
Equipo Tipos Observaciones
funcionamiento
El más fiable, preciso y de
Medida de inclinaciones en
menor tiempo de respuesta es
diversos puntos del interior de De resistencia
el de servoacelerómetro, que
un sondeo mediante una eléctrica
puede lograr precisiones en la
sonda que da una señal
medida de giros de 2 * 10-4 rad
Inclinómetro eléctrica proporcional a la De cuerda vibrante
inclinación. Permite conocer
Hay que asegurarse en la
los movimientos De
instalación que el punto inferior
perpendiculares a la dirección servoacelerómteros
de medida se sitúe por debajo
del sondeo
de la zona de movimiento.
Miden movimientos relativos
Longitud < 40m – ext – varillas.
entre la cabeza de un sondeo
A Longitud > 60m – ext – de
y/o varios anclajes situados
De hilos. hilos.
Extensómetro en su interior.
De varillas.
de hilo o varillas
Elegir el tipo de anclaje más
de 1 o más Los movimientos de los
B adecuado para que quede
anclajes anclajes se transmiten a la
De lectura mecánica. sólidamente unido al terreno
boca del sondeo mediante
De lectura eléctrica. circundante.
hilos o varillas.
366
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Consiste en elementos anclados firmemente en los puntos cuya distancia se desea controlar (estacas,
mojones, puntillas). La medida se puede realizar con elementos mecánicos (cintas métricas, hilos) o
sistemas eléctricos (transductores).
367
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Punto i- AV a S, S1 y S2:
S distancias
1 ASi: desplazamiento grieta
368
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Incluyen los equipos para control de cargas en anclajes y los equipos para control de presiones totales
en muros de contención o en el interior del terreno.
j- CONTROL DE FUERZAS
369
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen1- Una política de Estado para hacer de Colombia un país competitivo. In PMIT 2015-2035:
Mintransporte (2015).
El transporte puede definirse como el movimiento de personas y bienes a lo largo del espacio físico,
mediante los modos terrestre, aéreo o marítimo, o alguna combinación de éstos. El transporte no
se demanda como actividad final, sino como medio para satisfacer otra necesidad. Así como en las
telecomunicaciones, el transporte admite configuraciones en red, lo que se traduce en economías
de costos cuando crece el número de usuarios o volumen de carga, facilitando la obtención de
economías de escala y modales, asociadas al diseño de sistemas con líneas troncalizadas y rutas de
alimentación.
370
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen2- El PMTI, que no solo olvida que las reservas de petróleo se acabarían en pocos años al
no proponer la locomotora del carbón andino, tampoco propone un sistema férreo eficiente e
integrado cruzando por túneles a baja altura las cordilleras. Imagen en: PMIT 2015-2035.
Para el caso colombiano, en 2018 la participación del sector en el PIB se mantuvo en el 5%; el
transporte terrestre, incluyendo el vial y el férreo, aportó el 67% al interior del sector transporte. El
80% de la carga nacional y el 3% del comercio exterior se transporta por modo vial. A nivel de carga
nacional, los bienes movilizados corresponden, en su mayoría, a productos de los sectores de
comercio, manufacturas (incluyendo bienes agroindustriales), agro y minería. Según el Informe
Nacional de Competitividad 2017-2018, los altos costos del transporte de carga sumados a la falta
de zonas adecuadas de cargue y descargue, son la principal barrera que impacta la logística en
Colombia.
371
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Según la Superintendencia de Puertos y Transporte, las nueve zonas portuarias de Colombia en 2014
movilizaron 185 millones de toneladas, cifra equivalente al 98% del comercio exterior del país, donde
la carga en contenedores participó con 2,13 millones de TEU, de los cuales 1,58 millones
correspondieron al Caribe y 0,55 millones al Pacífico. En Colombia para el 2014, aunque la carga
exportada (66 Mt) triplica la importada (22 Mt), sólo se movilizaron cerca de 2,5 millones de TEU al
año, y de ellos la cuarta parte por Buenaventura. Mientras en su orden Cartagena, Barranquilla y
Santa Marta, respondieron por el 69,4% de los movimientos, por Buenaventura se movilizó el 30,6%
de la carga en contenedores del comercio exterior de Colombia.
***
Los contenedores
372
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
2018 la cuantía superó los 792 millones de TEU. Shanghai con más de 42 millones de TEU mantuvo
su primer lugar superando a Los Ángeles que con 9.5 millones de TEU es el más activo de USA.
***
Un enfoque logístico
Imagen4- Hidrovías del Magdalena y Atrato, y Corredor Férreo del Cauca, extendido a Urabá,
Cupica y La Dorada. Imagen: adaptada de http://latoma.paris-sorbonne.fr/
Los primeros empleadores del mundo, son puertos y aeropuertos, cuando son nodos del transporte
y no lugares de paso. En la década de 1920, el impacto de los trenes cafeteros en Colombia resultó
comparable al del Canal de Panamá inaugurado en 1914: si bien, tras la inauguración del Ferrocarril
de Panamá en 1855, la primera metrópoli de Colombia fue la capital del Istmo, también con obras
como el Ferrocarril de Antioquia que redujo veinte veces costo y tiempo de movimientos de carga
entre Medellín y Puerto Berrío, o la del Ferrocarril de Caldas que llegó a Manizales en 1927, tras el
poblamiento del occidente colombiano, se facilita la industrialización del país gracias al binomio café-
ferrocarril.
Partiendo de que el Río Grande de la Magdalena es Colombia, en lugar de poner a competir a lo largo
de la hidrovía ferrocarril, carretera y río, y de detener la navegación en La Dorada sin concebir que
los corredores logísticos deben tener conectividad y continuidad, pregunto: ¿por qué no llevar la
navegación hasta Neiva remontando el salto de Honda tal cual se hizo para llevar por agua los equipos
para las hidroeléctricas del Huila? ¿acaso no sería conveniente integrar a través del Meta las hidrovías
373
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
del Magdalena y el Orinoco? ¿por qué no desarrollar el corredor férreo del río Cauca extendiendo el
tren desde Buenaventura hasta Urabá?, ¿por qué no construir el Ferrocarril Cafetero con un túnel de
42 km a 1250 msnm y pendiente máxima del 3%, entre Perico y el Km 41?
***
Impactos en El Río Grande
Imagen5- Vapor remontando los rápidos del Salto de Honda, Tolima, frente al talud de Puerto
Bogotá. Thomas S. Boyd 1889)
Con la navegación por el Magdalena, gracia a que entre los beneficios de la hidrovía operando al 100
por ciento del tiempo se daría una reducción de los fletes superior al 40% y la movilización de seis
millones de toneladas en un horizonte moderado, además de generarse más de cien mil empleos
para Colombia, según estimaciones de la Fundación Igala de la Universidad de Caldas hechas desde
los años 90, se produciría actualmente un incremento del PIB mayor al 1,2% de participación. Cuantía
que podría incrementarse en otro 0,4% del PIB gracias a la hidrovía, sumada a la disponibilidad de
energía y agua suficientes en caso de desarrollarse las industrias químicas de base minera
contempladas en el Plan Minero de Caldas 2010-2016 elaborado por Gabriel Poveda Ramos.
Según dicho Plan, de las jaguas y gangas de las explotaciones auríferas de Caldas y vecinas, se podría
obtener apreciables cantidades de sulfuros de zinc, plomo, hierro, cobre, antimonio y arsénico, o zinc
metálico y sus derivados; el manganeso de Apía y Viterbo, es un yacimiento minero-metálico
importante para su eventual aprovechamiento; existen arenas silíceas de alta pureza en cuarzo (SiO2)
en Pueblo Rico y el Valle del Cauca, y posiblemente en otros lugares, para industrias de silicato de
sodio, sílice-gel y carburo de silicio; de los yacimientos de calizas en el oriente caldense y de la otra
vertiente de la cordillera Central podrían proveerse materias primas para una industria de carburo y
374
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
fosfatos fertilizantes, y en un plano de mayor nivel de desarrollo para plantas de acetileno, cianamida,
cloruro químicamente puro y cemento.
NOTA: CARGA MOVILIZADA POR EL MAGDALENA:
AGUAS ARRIBA: -Graneles Líquidos: Alcohol, Nafta, químicos; -Graneles Sólidos: Maíz, trigo, lenteja,
Frijol, arroz, azúcar; -Carga general: Electrodomésticos, herramientas; -Fertilizantes: 350.000 ton; -
Contenedores: 1.220.000 TEU. AGUAS ABAJO: -CAFÉ: 350.000 ton/año; -Petróleo crudo: 15.000
barriles/día (exportación de compensación por cada 5 millones de toneladas transportadas); -Coque:
400.000 ton; -CEMENTO: 20.947 ton; -Contenedores llenos: 800.000 TEU; -Contenedores vacíos:
300.000 TEU; -Contenedores refrigerados: 100.000 TEU. Fuente: Roy Estrada, Manizales, agosto de
2020.
FUENTE: ROY ESTRADA (AGOSTO 2020)
Estos datos son muy importantes. ¿Sería posible presentarlos como una tabla?
***
Alcances de la hidrovía y la red férrea
Image6- Red férrea actual con 1795 km, y red ferroviaria propuesta para Colombia proponiendo
integrar a Buenaventura con Urabá, el Ferrocarril Cafetero y un paso interoceánico. Fuente ANI.
Ada. por GDE.
Lo anterior, además de conectar al país andino, puede irrigar los beneficios de la navegación por el
Tolima Grande navegando a través del Salto de Honda para llegar a Neiva, y facilitar luego la conexión
por tren del Altiplano y de la hidrovía del Meta, con nuestros dos mares saliendo desde Bogotá al
Pacífico por Buenaventura y Cupica, y al Caribe colombiano por Urabá y por Barranquilla.
375
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Como fundamento de la intermodalidad, trenes e hidrovías pueden ser rentables en rutas troncales
conectando nodos a gran larga distancia, con frecuencias suficientes y movilizando grandes
volúmenes de carga. Un ferrocarril que normalmente puede movilizar hasta diez trenes por día,
requiere al menos uno diario para resultar rentable: mientras La Drummond y Cerrejón mueven 8.5
y 9.2 trenes de 10 mil toneladas por día, del Ferrocarril de Pacífico que no alcanzaba la meta de 140
mil toneladas al año al 2010, se trazó como meta al 2015 aumentar la carga movilizada a 960 mil
toneladas anuales, lo que equivaldría a 8 trenes tipo cerrejón por mes o un tren de montaña llevando
2500 toneladas por día.
Estas extensiones le darían sentido a una variante férrea con túneles y viaductos por Loboguerrero,
que resuelva las limitaciones del Ferrocarril del Pacífico, optando por esta alternativa ferroviaria con
economía en recorrido y mayor eficiencia, en lugar de llegar a Yumbo por una ruta 100 km más larga
para remontar la Cordillera por La Cumbre, donde solían observarse dos locomotoras empujando
cinco vagones cargados, contra 50 que podría llevar una sola máquina marchando por terreno plano.
***
El Ferrocarril Cafetero y el Túnel Cumanday
Imagen7: Ferrocarril Cafetero. Propuesta UN-SMP sobre mapa de Opciones viales Mariquita-
Manizales, diseñadas por Civiltec Ing. Ltda para el Invias.
Con el Túnel Cumanday de 42 km a 1250 msnm, conectando las cuencas de los ríos Guacaica (Caldas)
y Guarino (Tolima), transitando por el Norte de Cerro Bravo, se puede construir una línea ferroviaria
de 150 Km con pendiente máxima del 3%, que cruce la Cordillera Central por las granodioritas
estables del Stock de Manizales- lo que le garantizaría autosoporte al túnel-. Este proyecto integraría
la hidrovía en La Dorada con el Ferrocarril del Pacífico en el Km 41, dos lugares donde se podrán
desarrollar sendas plataformas logísticas dotadas de polígonos industriales y de zonas francas.
***
Un plan “multi” pero no intermodal
376
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen9-: Dinámica del comercio y tráfico marítimo vs. PIB mundial e Índice OCDE, entre 1975 y
2016. Fuente: Puertos y navieras.
377
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Se estima que el valor agregado por el sector transporte está entre 3 y 5% del PIB. La inversión
pública en transporte es de 2 a 2,5% del PIB, y en algunos países de hasta un 3,5 %. En materia de
empleo, el sector transporte genera entre un 5 y un 8% de los sueldos y salarios totales. En los
países en vías de desarrollo, la demanda de transporte de carga crece 1,5 a 2 veces más rápido que
el PIB, mientras que el de pasajeros igual que el PIB. Según el PMTI 2015-2035, una reducción del
1% en el costo “ad valórem” de los fletes, puede aumentar las exportaciones entre 6 y 8 veces.
Al respecto, según el estudio “Destrabando las arterias… (BID 2010)”, aislando el impacto de los
fletes de otros factores, una reducción del 10% de los costos de comercio produciría un aumento de
las exportaciones/importaciones intrarregionales de más del 60%/50%. Señala también dicho estudio
que tal expansión sería en promedio mayor para los productos manufacturados (66,3%/48,4%) y
para los minerales y metálicos (69,2%/47,1%), que en los productos agrícolas (54%/42,9%).
***
Más visión marítima
Imagen10-: Obsérvense los niveles que alcanzaría el flujo de marítimo de contenedores entre 2010
y 2030, creciendo el comercio 1,5 veces lo que crecía la economía global antes de la pandemia.
Global Marine Trends
Según la Cámara Colombiana de Infraestructura CCI, mientras el sistema multimodalidad en Europa
moviliza el 60% de las mercancías, en Colombia por la falta de articulación entre los modos fluvial y
378
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
ferroviario sólo se alcanza al 1,5%. De ahí la importancia del desarrollo del Corredor Férreo del Cauca,
articulado a la Hidrovía del Magdalena.
En relación con la economía del transporte de carga, como referente el Plan Nacional de Desarrollo
2018-2023, señala dos retos: 1- Mejorar la calidad de la infraestructura y los servicios de transporte,
reduciendo la disparidad entre modos e impulsando su integración, y 2- Reducir los costos logísticos,
que en la actualidad representan en promedio el 13,5% sobre las ventas; la estrategia para alcanzar
tales objetivos, contempla entre otros aspectos, aumentar la red férrea en operación comercial
llegando a 1.077 km, implementar proyectos intermodales para mejorar la prestación del servicio, e
incrementar la eficiencia de puertos y aeropuertos.
***
Los modos en Colombia
Imagen 11-. Panorama del sistema ferroviario de Colombia: la década 2002 – 2012, cerró con un
máximo de 76,8 Millones de toneladas. Fuente, PMIT 2015-2035.
El transporte en Colombia donde se subraya que la principal transformación ha sido la sustitución del
transporte fluvial y férreo por el modo carretero, no ha experimentado cambios importantes en los
últimos cincuenta años; mientras el transporte aéreo en volumen de carga no ha tenido un
crecimiento notable, para finales del siglo XX el transporte carretero moviliza la mayor proporción.
Cada día entran 900 TEU y sales 600 TEU de Bogotá: mover un contenedor desde el Altiplano hasta
los mares de Colombia, cuesta en promedio U$2400 y llevarlo de allí hasta el Asia, U$ 1500.
En 2015, en tractomulas y otros camiones se movilizaron en Colombia el 73% por ciento de la carga,
mientras que por el ferrocarril el 26% y por el sistema fluvial el 1%. Además, según el PMTI en los
222 mil km de vías para el sistema de transporte, la red fluvial poseía el 8,2%, la férrea 0,4% y el
379
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
modo carretero el 94,1%. Dado que en contenedores Bogotá sólo genera 6 millones de toneladas
anuales, y que la carga movilizada por el río, se estima en 8 millones de toneladas-año mientras
contamos con petróleo, habrá que implementar la locomotora del carbón andino no solo para hacer
rentable el sistema de barcazas por el Magdalena, sino también y sobre todo para darle viabilidad
económica y logística a la red ferroviaria que ya se ha sugerido, sobre todo a lo largo del corredor
del Río Cuaca estableciendo el Corredor Logístico Urabá-Buenaventura, conectado a hidrovía en La
Dorada.
***
PMTI y competitividad
Imagen12- Colombia – PMTI: Costos de Exportación donde se observa cómo Colombia al depender
del transporte carretero duplica a Perú y Chile, y supera a México. PMTI 2015-2035, Ministerio del
Transporte.
La precaria competitividad del transporte en Colombia se explica por problemas logísticos y de
carencias en infraestructura, y por la inexistencia de un sistema intermodal de carga, lo que conduce
a elevados costos de exportación, tiempos muertos, dependencia del transporte carretero, congestión
del sistema y falta de conectividad entre los centros de producción con los puertos y con los centros
de consumo. Al año 2018, mientras el 80% de la carga nacional y el 3% del comercio exterior se
transporta por modo vial, el modo férreo moviliza el 16% de la carga nacional, en su mayoría carbón,
mientras el modo aéreo, con una ponderación del 13% al interior del sector transporte, sólo moviliza
el 0.06% de la carga nacional y el 0.3% de la carga internacional. Finalmente, para dicho año el
transporte por agua que a nivel nacional participa con el 1.7%, a nivel internacional lo hace con el
96%, distribuido así: 77% exportaciones y 23% importaciones.
380
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Según la Cámara Colombiana de Infraestructura CCI, los costos del transporte en los principales
renglones de exportación de Colombia (petróleo, carbón, flores, café y textiles), representan entre el
10% y 35% del valor, cuando en el orden internacional su incidencia es del 6%.
En la Unión Europea, donde la logística contribuye aproximadamente con el 14 % del PIB y da empleo
a más de once millones de personas en los estados miembros, el principal desafío que se afronta
consiste en minimizar el impacto ambiental y en especial en la salud pública del transporte de
mercancías, sobre todo por carretera, responsable de aproximadamente una cuarta parte de las
emisiones de gases de efecto invernadero de todo el sector.
***
Economía en fletes, como detonante del crecimiento
Imagen13- Con el Ferrocarril Cafetero cruzando la cordillera Central de Colombia por las
granodioritas vecinas a Cerro Bravo y el Nevado del Ruiz, se implementaría un sistema Intermodal
de carga para Colombia, articulado a la hidrovía del Magdalena. Imagen de RODA, adaptada.
Ahora, sabemos que Colombia, que no ha aprovechado a fondo los 16 Tratados de Libre Comercio
TLC ya firmados, necesita diversificar su producción: sobre esto el citado estudio del Banco
Interamericano de Desarrollo estima que, una reducción de los costos de comercio del 10%, además
de incrementar el volumen global de los flujos de mercancía y con ellos la carga movilizada, también
diversificaría los bienes transados, al propiciar un crecimiento de entre un 9% y 10% en la cantidad
381
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen14-: Colombia cuenta con unas reservas medidas de 7 mil millones de toneladas MT de
carbón. Fuente: UPME.
Los carbones colombianos son básicamente duros (térmicos 1A, y algunos metalúrgicos, coquizables
y antracitas), y son reconocidos mundialmente por tener bajo contenido de cenizas y azufre, y ser
altos en volátiles y en valor calorífico. Colombia posee las mayores reservas en Latinoamérica y es el
quinto exportador de carbón térmico del mundo. En 2014, la producción nacional superó los 84
millones de toneladas MT, 93% de ella concentrada en La Guajira y Cesar donde la explotación es a
gran escala, y 7% en el interior donde se destacaron los distritos carboníferos de Santander,
382
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Cundinamarca y Boyacá, y en menor grado Antioquia, todos estos explotados con una minería de
corte artesanal y de alta generación de empleo.
En el período 1980-2004, cuando el comercio de carbón en Asia-Pacífico aumentaba 3,6 veces y el
consumo mundial pasaba de 2.780 Mt a 4.282 Mt, Colombia con 7 mil Mt de reservas medidas (que
a la vista podrían ser el doble), tiene posibilidades sacando el carbón andino si desarrolla la hidrovía
y los trenes. Las reservas medidas de los distritos carboníferos de Cundinamarca y Boyacá suman
412 millones de toneladas MT. Este carbón es de 7000 calorías por kilogramo, el de Cerrejón de 6000
calorías y el de Antioquia de 5000 calorías. En Antioquia, donde las reservas llegan a 90 MT de carbón
térmico clase 1 A, la producción del primer lustro del siglo XXI, alcanzó una media de 0,8 Mt por año.
Y pese a que por el cambio climático al 2050 deberá reducirse el 80% del consumo mundial de
carbón, el 50% del gas natural y el 30% del petróleo, habrá que consumir las enormes reservas del
país en los próximos 40 años, asunto por fortuna viable gracias a que todo el carbón de Colombia es
de buena calidad.
***
Ferrocarriles integrando la Región Andina a los mares
***
Imagen15- Ferrocarril Cafetero – Colombia – Túnel Cumanday Largo, sobre Propuesta de Civiltec
en mapa de La Patria
En ese contexto, viene la pregunta: y el Plan Maestro de Transporte Intermodal de Colombia, 2015-
2035 ¿qué?: 1- Por no definir los principales centros de gravedad de generación de carga en la Región
Andina donde se produce el 70% del PIB y genera el 70% del volumen de carga de Colombia, como
lo son el Altiplano (30% Carga y 40% PIB) para el Centro y el Corredor del Cauca (40% Carga y 30%
PIB) para el Occidente, no identificó los corredores logísticos Norte-Sur transitando por ambas
383
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Imagen16-: Además de acceder a los dos mares, el país debe entrar a las cuencas de la Amazonía
y Orinoquía que son medio continente suramericano, implementando corredores logísticos que
remonten los Andes al pasar por los nodos donde está la cadena de valor: Bogotá y Quito.
Las cuencas del Orinoco y del Amazonas, cubren el 46,7% del Continente Sudamericano. Si en la
colonia se pensada que la del río Meta, era la ruta entre la Nueva Granada y España, hoy Colombia
debe considerar la conexión con el Orinoco por el río Meta como arteria que es navegable en 850 km
durante el 90% del año, o en su defecto la vía del río Guaviare dado el régimen estival prolongado
del Meta, concibiendo el proyecto de la hidrovía en el marco de un corredor logístico que partiendo
del Orinoco continúe al altiplano y siga a La Dorada.
Y en cuanto a la hidrovía por el Amazonas, es un asunto en sumo grado complejo dados los impactos
por un dragado que supone remover, succionar, transportar y descargar sedimentos del río para
depositarlo en otra zona del mismo, generando impactos en el hábitat con posibles consecuencias
para el ecosistema íctico y las actividades de pesca artesanal.
384
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
No obstante, la hidrovía del Amazonas, ecológicamente bien diseñada y administrada por las
comunidades del propio territorio, considerando el control a la colonización y previniendo la
deforestación, podría ser objeto de un corredor ambiental, como soporte de un sistema logístico que
pasando por Manaos conocida como la “Metrópoli de la Selva“, beneficiaría entre otros poblados
rivereños a Leticia además de recoger a Iquitos, para luego continuar por el río Napo y avanzar por
vía terrestre a Quito como nodo de la cadena de valor.
***
Un paso interoceánico
Imagen17- Puerto Quibdó, Atrato (Fascionating Humanity), y Ferrocarril Verde Urabá Cupica
complementado con la hidrovía del Atrato (El Colombiano)
En lugar del puerto de Tribugá generando un impacto funesto sobre los ecosistemas vecinos a la
ensenada y compitiéndole a Buenaventura, se propone Cupica para establecer un paso interoceánico
que lo complemente, y hacer socias del proyecto a las comunidades ancestrales del territorio para
385
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
prevenir un modelo de enclave, utilizando como opción ambiental articular los mares de Colombia
mediante un ferrocarril interoceánico que lo uniría al complejo portuario antioqueño
Además de la hidrovía del Atrato que irrigaría los beneficios al Chocó Biogeográfico, dicha línea férrea
transitando por Vigía y Chigorodó para no interferir el tapón del Darién, empalmaría el proyecto a un
sistema intermodal de carga para Colombia soportado en ferrovías e hidrovías. Si se busca un
verdadero desarrollo, es necesario partir del enorme potencial pesquero del Pacífico colombiano.
Lo anterior implicaría dotar a la comunidad de un astillero para embarcaciones pesqueras, equipos
para el procesamiento de pescados y mariscos, fuentes de energía y unidades térmicas para refrigerar
la cosecha marina, sistemas de conectividad para sacar dichos alimentos, y programas integrales de
formación y capacitación en estas materias. Lo anterior podría traducirse en decenas de miles de
empleos dignos y remunerados para los habitantes del Pacífico.
***
Urabá frente a los mares de Colombia
386
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Ahora, si se opta por la transversalidad del medio ferroviario y dicha extensión buscando un verdadero
sistema intermodal de carga que alimente las hidrovías y llegue a nuestros puertos, el desarrollo
portuario antioqueño traería ventajas para Colombia, por dos razones: primero, porque Turbo a mitad
de distancia entre Necoclí y el Río León, dista por tierra 340 kilómetros de Medellín, 780 kilómetros
de Bogotá y 525 kilómetros de Manizales; y segundo, porque al igual que en Panamá el Ferrocarril
del Istmo detonó la primera metrópoli de Colombia, el paso interoceánico Urabá-Cupica, además de
llevar beneficios al Chocó Biogeográfico, haría lo propio creando condiciones para una gran urbe en
el citado lugar.
***
387
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
industriales, espacialmente pueden estar algo separadas, pero nunca ubicadas sobre una llanura de
inundación. Habrá que pensar en el agua y en la generación de energía.
Mientras en Purnio y en La Esmeralda, además de carbón en las vecindades, existen las respectivas
subestaciones de propiedad de la CHEC, para una componente industrial que tiene que ser orientada
a industrias químicas de base minera, ambos escenarios se favorecen por su vecindad a fuentes
minerales cercanas, y a acuíferos subterráneos para contar con agua suficiente. Finalmente, estos
dos desarrollos que deben ser paralelos para lograr sinergias regionales entre departamentos, para
resultar viables deben partir de sendas asociaciones de municipios: una entre Honda, La Dorada y
Puerto Salgar; y la segunda, entre las potenciales áreas metropolitanas de Pereira y Manizales.
***
Epílogo I
Imagen20- El transporte férreo y fluvial como medios para acceder a nuestros mares, suelen ser
más eficientes que el sistema carretero; Colombia requiere un sistema intermodal de carga
soportado en trenes e hidrovías. Fuentes Geotren.es y Google Earth Adap.
El Ferrocarril Cafetero como propuesta de la U.N.– SMP de Manizales, cruzando la Cordillera Central
de Colombia, y el Corredor Logístico del río Cauca integrando Buenaventura con Urabá y con la
hidrovía del Magdalena como su extensión, es la clave para implementar un sistema intermodal de
transporte de carga en la Región Andina del País que haga viable la salida hasta los mares. La
implementación y puesta en marcha de este proyecto y su complemento, se podría financiar con la
locomotora del carbón andino exportado a la cuenca del Pacífico.
388
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Además, con el advenimiento de la troncal interoceánica por el Nuevo Canal de Panamá, sumado al
desarrollo portuario y urbano de Urabá, Colombia podrá sacar ventaja estableciendo un paso
interoceánico entre Urabá y Cupica, mediante el Ferrocarril Verde o del Atrato pasando por Chigorodó
y Vigía del Fuerte, complementado con la hidrovía del Atrato.
También, además de la extensión del sistema ferroviario desde Urabá a Buenaventura y hasta Cupica,
se propone, incorporar al país a la cuenca del Orinoco por lo menos, y dos plataformas logísticas
dotadas de Puerto intermodal, Polígono industrial y Zona franca, como infraestructura
complementaria ubicada en los nodos de la intermodalidad de la Región Andina, donde se cruzan los
nuevos corredores logísticos.
***
Epílogo II
y de carbón en las vecindades, existen las respectivas subestaciones, como elementos necesarios
para una componente industrial que tiene que ser orientada a industrias químicas de base minera,
con fuentes minerales cercanas.
Finalmente, dos desarrollos urbanos que deben ser paralelos para lograr sinergias regionales entre
departamentos, y hacer viable las plataformas logísticas; para desarrollar las plataformas logísticas
deben implementarse sendas asociaciones de municipios: una entre Honda, La Dorada y Puerto
Salgar; y la segunda, entre las potenciales áreas metropolitanas de Pereira y Manizales.
***
Gracias Museo Interactivo Samoga. Documento Universidad Nacional de Colombia y de la SMP de
Manizales. Manizales, Agosto 13 de 2020.
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ENLACES U.N.:
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
CAPÍTULO 14
COBERTURAS VEGETALES
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U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Fotografía 8.2. Talud escarpado conformado por un macizo rocoso vegetalizado con la
incorporación de materia orgánica, semillas, estolones, protegidos con una tela de fique. (Carlos E.
Escobar P.)
8. Adaptación de los tratamientos más adecuados para el establecimiento de coberturas
vegetales a utilizar en las soluciones.
9. Análisis y caracterización agrológica y geomorfológica del suelo.
10. Identificación de los posibles efectos negativos de las coberturas vegetales sobre las
estructruras de drenaje.
11. Revisión de literatura con experiencias similares.
12. Entorno de los taludes, respecto a las variables socio-económicas y socio-ambientales.
13. Integración de la cobertura a la dinámica del ámbito.
393
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Figura 8.3. El tratamiento con suelo orgánico, gallinaza, semillas y tela de fique son estrategias para
establecer vegetación en taludes pendientes de roca. (Carlos E. Escobar P.)
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400
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presente la erosión del suelo. El follaje brinda mayor aspereza quitándole velocidad al
viento.
• Evapotranspiración: Las plantas toman parte del agua del suelo, retardando su
saturación y participando decididamente en el ciclo hidrológico.
402
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En desventaja de estos métodos radica en la rápida corrosión y deterioro; puesto que las
raíces tienen la propiedad de auto-repararse y regenerarse.
Para lograr la recuperación integral de las áreas degradadas, se adelantan medidas
intensivas encargadas de corregir, en primera instancia, los problemas erosivos activos
logrando el equilibrio necesario para el posterior arraigo y establecimiento de la cobertura
vegetal.
403
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404
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
debido al impacto de las gotas que caen por escurrimiento y la carencia de los obstáculos
suficientes para la disipación de las aguas de escorrentía. Sin embargo, son pilares
fundamentales para la regulación de aguas y el control de los elementos del clima que
acceden al suelo.
Se dan las recomendaciones para el establecimiento en el sitio definitivo, de las plántulas
obtenidas en el vivero o suministradas. Sistema de siembra: se recomienda ubicar los
árboles entre sí con espaciamiento regular y suficientemente denso; los sistemas de siembra
son: el cuadro y tresbolillo. El sistema en tresbolillo tiene la ventaja con respecto al sistema
al cuadro de permitir la plantación de aproximadamente el 15% más de árboles en una
misma superficie y asegura una mayor protección del suelo en pendientes fuertes.
Distancia de siembra: las distancias de siembra de los árboles están marcadas en principio
por el desarrollo de los árboles, su crecimiento y de los objetivos generales que pueden ser:
cobertura de suelos, protección de cuencas o ensayos entre otros. También depende de las
especies ya que cada una en particular tiene características que acreditan tratamientos
diferentes y de las condiciones del sitio como la pendiente del terreno. De todos modos, las
distancias deben ser suficientemente amplias para permitir el ingerso de luz a los estratos
arbustivos y herbáceos, logándose así un follaje denso que proteja integralmente el suelo.
La tabla No 8.1 presenta el número de árboles a plantar por hectárea según diferentes
espaciamientos.
Tabla 14.1. Cantidad de árboles por hectárea
405
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Preparación del suelo: la preparación del suelo depende de las condiciones particulares de
cada sitio, consiste en la eliminación de la vegetación existente por métodos manuales
(machete) o de medios mecánicos (motosierra, tractores), con el objeto de evitar la
competencia de luz y nutrientes a los árboles que se van a plantar.
Disposición de los residuos vegetales: todos los materiales de la preparación del terreno
deberán colocarse en sitios seleccionados, de tal manera que no interfieran los trabajos de
plantación. Estos se acumulan y sirven como materia orgánica para recuperación de otras
áreas degradadas.
Trazado: se ejecuta en el campo directamente con el apoyo de cintas o cuerdas marcadas
con el propósito de que las distancias escogidas queden uniformemente distribuidas en el
terreno, y en cada sitio se puede dejar una estaca a manera de marcación. Se procede al
plateo, que consiste en limpiar de vegetación un área circular con diámetro de un metro y
en el centro del plato se realiza un hoyo, de tamaño tal, que permita la colocación del árbol
(generalmente 30 x 30 x 30 cms).
Plantación: la siembra en lo posible debe coincidir con la época de lluvias. Este trabajo
consiste en retirar la bolsa, evitando desmoronar el pan de tierra y se coloca el árbol en el
hoyo rellenándolo con la tierra que se extrajo es para afirmarlo y prensándolo para evitar
espacios vacíos. Transcurridos 15 días de la siembra se fertiliza con productos que
contengan los nutrientes necesarios para el tipo de suelo que se reforesta. Al mes se practica
la resiembra reemplazando las plántulas muertas o en mal estado y su fertilización.
Las labores de plantación se realizan con plántulas con portes de más de 0,30 m con el fin
de lograr un tratamiento exitoso.
14.6.2 Empradizado.
Los empradizados se utilizan para proteger áreas de taludes y laderas de la erosión y
simultáneamente contribuyen a mejorar el paisaje, cuando se ejecuta un tratamiento en
zonas urbanas. Se acostumbra utilizar el procedimiento de implantación de cespedones. La
figura 8.7 presenta los esquemas donde se identifican los elementos de una empradización
de un talud.
406
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0,30
Tepe (cespedón)
0,30
407
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Estaca de
guadua o
material
resistente
Capa de
rastrojo
Suelo
0,15
Algunas zonas degradadas se aíslan a la acción y presión del hombre y animales, induciendo
la aparición de cobertura vegetal autóctona, utilizando estacas como elementos de soporte
para los abonos verdes conformados por semillas, estolones, tallos y rizomas recolectados
en la región. La figura 8.8 es un esquema del tratamiento con el establecimiento de
vegetación con abonos verdes. Las estacas fijan el tratamiento al talud pendiente, el abono
verde con semillas, tallos, estolones y rizomas es el elemento que provee el material
orgánico y los elementos vivos que formarán las plantas.
Procedimiento:
Se clavan estacas de 30 centímetros de longitud, distanciadas 30 centímetros, colocadas a
tres bolillos, posteriormente se cubre el suelo con una capa de abonos verdes dotados de
semillas, estolones, rizomas y tallos, de 10 centímetros de espesor. El abono verde protege
el talud de la degradación por intemperismo y de la erosión, además aporta la materia
orgánica necesaria para soportar el arraigo y el establecimiento del material vegetal vivo y
conservándolo estable en el sitio de tratamiento.
14.6.4 Cubrimiento de taludes con tela biodegradable.
Es el establecimiento de cobertura vegetal correspondiente a estratos rasante y arbustivo
en sitios donde el suelo es rocoso, de pendientes fuertes, utilizando telas biodegradables de
fique o coco, estacas de 30 centímetros de largo, abonos verdes dotados de, semillas, tallos
nacedero y estolones. El material vegetal vivo (semillas, tallos y estolones), es
408
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
ecológicamente viable para el trabajo, con el vigor suficiente para una propagación rápida,
adaptabilidad al medio y con la suficiente madurez fisiológica para garantizar el retoño.
Procedimiento:
Se limpia el talud del material suelto, se clavan las estacas distanciadas 30 centímetros al
triángulo (aproximadamente 11 estacas por m2), posteriormente se cubre el suelo con una
capa de abonos verdes de 7 centímetros de espesor; sobre ésta se riegan semillas al voleo,
de diferentes especies; se coloca otra capa de abonos verdes hasta conseguir un espesor
de 12 centímetros. Por último, se cubre con tela biodegradable y asegurándolos con estacas.
Estacas de
guadua o material
resistente
Capa de
rastrojos semilla
Roca
0,15
409
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Las barreras pueden ser sencillas, dobles o triples y son utilizadas para reducir la velocidad
del agua de escorrentía o del viento, para atrapar sedimentos o para fijar las orillas de
cauces torrenciales de sección amplia (tramos de sedimentación), conformados por la
acumulación de sedimentos.
Procedimiento:
Se siembran sobre alineamientos preestablecidos, con material vegetal distanciado cada 20
centímetros a 3.00 metros entre barreras. La distancia entre barreras depende de la
pendiente del terreno. Las especies mas utilizadas son: limoncillo (Cymbopogon citratus);
caña brava (Gyneryum sagittatumm); chusque (Chusguea sp); bambú (bambusa sp);
nacedero (Trichartera gigantea); guadua (guadua sp), entre otras.
410
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Figura 8.11 Trinchos en guadua para confinar un antiguo cauce y apoyar labores de establecimiento
de vegetación. (Carlos E. Escobar P.)
Procedimiento:
Los trabajos necesarios para la construcción de los trinchos consisten en la nivelación del
terreno con el fin de construir un trincho regular, se realizan los hoyados que permitan
hincar los elementos verticales los cuales cuentan con un relleno alrededor bien apisonado.
Posteriormente se colocan uno a uno los elementos horizontales, asegurándolos a los
verticales con alambre galvanizado.
411
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
covertura
vegetal
Suelo natural
Relleno
Madera
412
U.N. de Colombia GEOMECÁNICA
Esterilla
L
L
H
Estaca viva
413
U.N. de Colombia Geomecánica
Procedimiento:
El tratamiento en forma de gradas, está conformado por macanas o estacas vivas de un
metro de largo, las cuales se hincan distanciadas cada 60 centímetros. Posteriormente se
hace un tendido de tallos de cañabrava, cortados en trozos de 3.00 metros, con la suficiente
madurez fisiológica para garantizar su retoño, los cuales van asegurados a las estacas con
alambre negro No 16 hasta conseguir una altura de 30 centímetros, finalmente se realiza el
relleno detrás del trincho hasta nivelar la grada.
Se nivela el terreno y se hincan las macanas hasta conseguir alturas de 30 centímetros. Se
extienden los tallos en cañabrava hasta alcanzar la altura requerida. Por último, se realiza
el relleno hasta lograr la terraza nivelada. Sobre esta se siembran especies de gramíneas y
leguminosas como refuerzo al tratamiento.
14.6.7 Senderos.
Son los caminos de acceso a las obras dejados después de la ejecución de un proyecto de
control de erosión y de labores para el control de la erosión. Los senderos, coinciden con
los utilizados por las comunidades o aquellos dejados después de la ejecución de las obras.
Se utilizan para realizar las revisiones y el mantenimiento de las obras de control de la
erosión.
La ausencia de los senderos es causa del abandono de las estructuras y su destrucción por
falta de revisiones, los mantenimientos y las reparaciones oportunas.
ENLACES U.N.:
Árboles, poblaciones Cultura del agua en los ríos Las cuentas del agua.
y ecosistemas. urbanos.
Manizales, ¿ciudad del agua?
Bosques en la cultura del Desarrollo urbano y huella
Nuestras aguas subterráneas.
agua. ecológica.
Nuestro frágil patrimonio
Clima, deforestación y Degradación del hábitat y
hídrico.
corrupción. gestión ambiental.
Nuestros bosques de niebla en
Clima: las heladas. El agua en Colombia: glosas.
riesgo.
Colombia bajo el agua… El agua en la biorregión
¿Réquiem por la R. Forestal
caldense.
Colombia biodiversa: Protectora de Río Blanco?
potencialidades y desafíos. El ocaso del bosque andino y la
Sancancio, como biocorredor
selva tropical.
Colombia, país de humedales ambiental y nodo
amenazados. El territorio caldense: ¿un ecoturístico..
constructo cultural?
Colombia tropical, ¿y el agua Vías lentas en el corazón del
qué? Geomorfología. Paisaje Cultural Cafetero.
Crisis y opciones en el Río La economía azul en la esfera Vida y desarrollo para el
Grande de Colombia. de la producción. territorio del Atrato.
414
U.N. de Colombia Geomecánica
RESUMEN: A pesar de los avances, la comunicación de los llanos con el centro del país sigue estando
seriamente limitada. Reconociendo la fragilidad y complejidad extremas del macizo rocoso, y la
vulnerabilidad del territorio frente a la amenaza relacionada con el cambio climático como
consecuencia de los usos conflictivos del suelo, se han presentado problemas de ingeniería que no
tienen justificación. La estabilidad del corredor vial dependerá del plan de acción que se elabore así
el riesgo y la incertidumbre sean inevitables en un proyecto como este, en el que el cierre ya ha
producido pérdidas superiores a los dos billones de pesos, razón por la cual los diseños de ingeniería
y la respuesta gubernamental ante el desastre deben estar a la altura del desafío .
La vía que comunica a Villavicencio con Bogotá fue habilitada la semana pasada durante algunas
horas diarias, para vehículos de carga y de pasajeros. Sin embargo, el viernes tuvo que cerrarse
debido a nuevos derrumbes.
La ruta fue concesionada a Coviandes y Coviandina para construir una autopista de 85,6 kilómetros
en tres tramos. En condiciones normales, la carretera tiene un tráfico promedio de 11 mil vehículos
415
U.N. de Colombia Geomecánica
por día y tres peajes: Boquerón, Naranjal y Pipara, que estarán hasta 2054. Debido a la fluctuación
impredecible de los factores ambientales y a los desafíos técnicos, no parece haber luz verde para
terminar la obra en 2023.
Algo de historia
Cuenta la historia que el antiguo camino de herradura que unía a Villavicencio con Bogotá se recorría
en dos o tres días debido a las dificultades topográficas y la inestabilidad de las laderas. Luego, el
auge económico de Villavicencio y la creciente demanda de bienes agropecuarios en la capital del
país llevó a que entre 1924 y 1936 se convirtiera en un camino carreteable.
Pero en el trópico andino las laderas son frágiles y puede ser afectarlas por cualquier obra de
desarrollo longitudinal mal planificada. Además, el modelado, la ocupación conflictiva del territorio
en los márgenes de la vía y la deforestación empeoran la situación. Esto fue lo que ocurrió con la
antigua carretera.
En 1974, un derrumbe en la vía cobró cientos de vidas y causó pérdidas económicas significativas. El
suceso se conoce como la tragedia de Quebrada Blanca y fue lo que desencadenó la construcción del
actual túnel de Quebrada Blanca, una rectificación y varias obras complementarias destinadas a
reducir el riesgo y el tiempo de viaje.
Para lidiar con la demanda de conectividad vial entre Bogotá y los Llanos Orientales, desde 1994 se
decidió construir la “nueva vía al Llano”, que se recorrería en 90 minutos a un costo de 79 mil millones
de pesos. En 2011, cuando ya el nivel de servicio de la vía se hacía imposible, la Concesionaria
Coviandes empezó la construcción de la doble calzada, gracias a una inversión a seis años que
superaba los 1,8 billones de pesos.
Según la ANI, luego de las modificaciones, el contrato sumaba 4,8 billones iniciando el 2018. Pero el
diseño —que contempla la excavación de 25 túneles y 69 puentes entre otras obras viales como
galerías para una operación fluida, la instalación de cientos de miles de metros cuadrados de malla
metálica sobre los taludes, túneles falsos y obras adicionales preventivas— tendría un costo final de
8 billones de pesos.
416
U.N. de Colombia Geomecánica
Todos estos son factores que podrían explicar la complejidad del problema de la vía al Llano:
▪ La incertidumbre consustancial del macizo rocoso relacionada con la geología;
▪ La ocurrencia de eventos climáticos extremos dados los usos conflictivos del suelo;
▪ Las decisiones técnicas y sus consecuencias —como el posible impacto del uso de dinamita
para la construcción en un macizo altamente tectonizado—;
417
U.N. de Colombia Geomecánica
Tabla: valores del Riesgo R, en función del período de retorno “Tr” de una amenaza expresado en
años (Columna 1), y de la vida útil “n” de una obra (Fila 1). La diagonal en rojo (64 a 63%),
destaca los valores utilizados para que las obras sean rentables
Por supuesto, el riesgo depende de la recurrencia de ese tipo de eventos a lo largo de la vida útil de
la obra. El problema radica en que, con el calentamiento global, los eventos climáticos extremos se
han exacerbado. Esto significa que el periodo de recurrencia o “Tr” de una amenaza puede aumentar,
por ejemplo, de 100 a 25 años.
Como lo muestra la tabla, esto aumentaría el riesgo “R” de 0,63 a 0,98. Un resultado así significa que
hay un riesgo demasiado alto —cercano a la certeza— de que la obra falle frente a la presencia de
una amenaza. Cuando eso ocurre la obra deja de ser rentable.
Entonces, cuando el cambio climático ha logrado agravar la amenaza, la pregunta es: ¿qué se debe
hacer? La respuesta es simple: se deben ajustar los diseños a la par con la amenaza, y con ello el
nivel de riesgo se mantiene en niveles aceptables.
Así, a pesar de la incertidumbre relacionada con la geología y el comportamiento “salvaje” del clima,
los diseños en escenarios complejos pueden conducir a obras robustas y confiables. Para ello es
necesario hacer uso de los factores de seguridad y de la gestión del riesgo. Lo importante es
reconocer las limitaciones de la ingeniería al planificar, diseñar y construir grandes proyectos,
previniendo pasivos ambientales importantes que se traduzcan en riesgos.
418
U.N. de Colombia Geomecánica
Con la carretera cerrada o solo parcialmente abierta, la conectividad de esta importante región del
país es reducida. Solo hay otros dos caminos que sirven como alternativa para conectar la capital del
Meta con Bogotá:
▪ La Transversal del Sisga de 137 Km que, pasando por Guateque (Boyacá) y Aguaclara
(Casanare), se recorre en 8 horas; y
▪ El corredor Briceño–Tunja-Sogamoso por Tauramena (Casanare) de 350 Km, que se transita
en 11 horas.
Para paliar el impacto, el Gobierno ha debido:
▪ Garantizar el abastecimiento de combustible en las zonas afectadas;
▪ Otorgar incentivos de almacenamiento a los productores de arroz;
▪ Subsidiar el precio para productores de maíz tecnificado;
▪ Cubrir hasta el 50 por ciento del costo de peajes en vías alternas para vehículos de transporte
público y de carga;
▪ Otorgar excepción al cobro y recaudo de la tasa aeroportuarias;
▪ Promover el consumo de bienes y servicios turísticos; y
▪ Declarar la alerta amarilla en la red hospitalaria de Cundinamarca y Meta, entre otras
medidas.
A pesar de haberse iniciado hace 24 años, es evidente que las dificultades ingenieriles del proyecto
continuarán, y con ellas la difícil situación del Llano. No se trata solo del medio agreste de una
cordillera sedimentada de edad reciente y alto grado de afectación tectónica del macizo rocoso. Los
usos conflictivos del suelo, el calentamiento global, las limitaciones institucionales y la falta de
experiencia empresarial —dada la complejidad del proyecto y afectación antrópica y natural del
escenario— también le pasan factura al país.
Sumando a la fatídica historia de esta vía, la problemática actual incluye el derrumbe de los kilómetros
58 y 46+200, que ocurrió cuando las obras estaban a punto de concluir, o los desprendimientos en
los kilómetros 38 y 64, que taponaron ambos carriles.
En un informe técnico realizado por la concesionaria Coviandes se identifican otros 17 lugares críticos
de la vía similares a los que han generado cierres continuos. La estabilidad del corredor vial dependerá
del plan de acción que se elabore para resolver esas vulnerabilidades. Mientras tanto, por lo menos
hasta que la situación se regularice, el Estado deberá ejecutar un plan de ajuste macroeconómico
para salvar el difícil trance.
Fuente: Razón Pública, Bogotá, 2019-09-23.
**
419
U.N. de Colombia Geomecánica
El gobierno Petro quiere nacionalizar la concesión de la vía al Llano. Cuáles son sus
razones y qué tan conveniente sería esta decisión.
…
Petro versus Coviandina
En una intervención del 6 de octubre en Villavicencio, el presidente Petro i nformó que su gobierno
está contemplando la posibilidad de nacionalizar la concesión de la vía al Llano.
¿Su argumento? El Estado tiene problemas financieros para atender las emergencias que se
presentan en ciertos puntos críticos de este corredor, que es uno de los más importantes y
estratégicos del país, pero cuyos costos se están debatiendo al no estar siendo cubiertos por la
concesionaria encargada del proyecto. El presidente Petro subrayó que en la operación vial se han
privatizado los beneficios, olvidando la primacía del bien general.
A las difíciles condiciones topográficas de la cordillera Oriental y a los efectos del cambio
climático, se suman otros costos por errores ingenieriles que contrastan con las
ganancias que producen los tres peajes de la carretera
A modo de referencia, añado aquí que Coviandes SAS —como dueña mayoritaria de la Corporación
Colombiana de Inversiones (Corficolombiana), que pertenece al Grupo Aval controlado por Luis Carlos
Sarmiento Angulo— tiene el contrato de este corredor vial junto con Coviandes, que es una sociedad
por acciones simplificada constituida en 2015 por Episol SAS y Concecol SAS.
420
U.N. de Colombia Geomecánica
Por la Autopista al Llano se movilizan hasta 16.000 vehículos cada día y, en 2018, recaudó peajes
por valor de 109.395 millones de pesos.
La carretera ha estado a cargo de la Concesionaria Vial de los Andes (Coviandes) desde 1994, que
interconecta en doble calzada a la capital colombiana, Bogotá, con Villavicencio, capital del
departamento del Meta, y que es considerada como la puerta a los Llanos orientales de Colombia por
ser la principal arteria que vincula la región andina con esta extensa región también conocida como
La Orinoquía.
La vía discurre por una topografía montañosa conformada por macizos rocosos mal consolidados y
de alta susceptibilidad a los deslizamientos. A las difíciles condiciones topográficas de la cordillera
Oriental y a los efectos del cambio climático, se suman otros costos por errores ingenieriles que
contrastan con las ganancias que producen los tres peajes de la carretera: en El Antojo, en el Sector
El Antojo-Cáqueza y en el Sector Cáqueza-Villavicencio.
Según Sandra Celis, presidente de la veeduría Vial del Meta, la carretera presenta 21 puntos críticos
y un centenar y medio de problemas adicionales registrados hasta 2023. Su intervención cuesta
400.000 millones de pesos, cuantía necesaria para atender de manera inmediata o con carácter de
421
U.N. de Colombia Geomecánica
urgencia estos tramos, previendo que una nueva temporada de lluvias pueda ocasionar otros cierres
en la carretera Bogotá-Villavicencio con serias consecuencias para la región y para la economía del
país.
Por ser una concesión de Primera Generación, donde el mantenimiento de la carretera no incluye
atender las afectaciones en la ronda del corredor, el Estado debe asumir el riesgo.
Aunque la carretera tiene 32,6 kilómetros de túneles y 14,6 km de puentes, en los 60 km restantes
de vías superficiales, los 21 puntos críticos que necesitan estabilización de la ladera son, entre otros:
▪ el Puente Estaquecá, con afectación de la superestructura del viaducto;
▪ el puente Aserrío en el kilómetro 64,42, con afectación de la pila y activación de
deslizamiento;
▪ la quebrada corrales con deslizamiento de la ladera y
▪ el requerimiento al Invías de los túneles falsos del kilómetro 46,5 y del kilómetro 64,1.
▪
Los problemas comenzaron en 2003, tras declararse desierta la licitación del Instituto Nacional de
Vías (INVIAS) para diseñar, construir, mantener y operar la vía.
En 2004 la concesión se adjudicó a Coviandes por un costo irrisorio de 79 mil millones de pesos para
que explotara los peajes durante 16 años. Pero Coviandes no tenía los diseños definitivos y así se
dieron acuerdos para modificar valores, alcances y plazos del contrato.
Por ejemplo, en 2010 el Instituto Nacional de Concesiones (INCO) firmó un contrato adicional con
Coviandes para la estabilización de puntos críticos y atención de emergencias por 1,853 billones y a
un plazo de ocho años, aunque este tuvo dos modificaciones con los otrosíes de 2010 y 2013.
Además, se necesitó de un acta de acuerdo en 2014 para ajustar el ingreso real esperado del contrato
adicional anterior y por la suma señalada, y con ello hacer ajustes del laudo arbitral proferido en
2004 que condenó al INVIAS.
En 2018, el viaducto de Chirajara que se estaba construyendo sobre el tramo k60+590 al K61+300,
y que era una obra pactada en el contrato adicional, pero estaba mal diseñada, colapsó dejando a
nueve muertos y ocho heridos. En ese mismo año cayó el puente La Pala en el Km 65+60 a cargo
de una filial de Coviandes y murieron cinco personas. Pero estos dos incidentes que han sido
catalogados de errores monumentales de la ingeniería colombiana, después de transcurridos cinco
años, no tienen sanciones por parte de la ANI.
La causa
En las obras subterráneas y en los desarrollos de la geotecnia la incertidumbre suele ser del 30 % o
más. Pero en las estructuras de concreto y otros desarrollos tecnológicos, como el puente atirantado
de Chirajara, los colapsos no se deben a imponderables tecnológicas sino a la condición humana del
ingeniero, pues la incertidumbre es apenas del 4 al 6 %.
Otra cosa ocurre con los túneles y las obras de corrección de torrentes y estabilidad de laderas de la
vía al Llano, donde existe un alto riesgo dada la incertidumbre asociada con los cambios erráticos en
la disposición y condición de las discontinuidades y variaciones litológicas del macizo rocoso.
En lugar de nacionalizar la vía, la solución sería reajustar el contrato, dado que el Estado
está en desventaja cuando el constructor y operador se ocupa de atender la vía sin mirar
la ronda del corredor que la soporta.
422
U.N. de Colombia Geomecánica
Entonces, aunque el Estado debe poner la casa en orden —más aún cuando existen vicisitudes que
en la ingeniería no tienen justificación, ni deberían ocurrir—la negociación entre el Gobierno y el
grupo empresarial que tiene la concesión tendría que ser muy cuidadosa.
La solución
Aunque el Estado puede ser un buen gestor, la empresa resulta ser más eficiente porque aporta su
capacidad de ejecución. El ideal sería pues que un proyecto tan complejo e importante como vía al
Llano se ejecute de forma concertada entre el Estado y la Empresa, pero con la veeduría del Tercer
Sector y el acompañamiento de la Academia.
Las claves para el acuerdo deben partir del reconocimiento de graves errores por ambas partes,
dadas las carencias en la formulación inicial, en la adjudicación de los contratos, en la planeación y
en los diseños.
En lugar de nacionalizar la vía, la solución sería reajustar el contrato, dado que el Estado está en
desventaja cuando el constructor y operador se ocupa de atender la vía sin mirar la ronda del corredor
que la soporta. Coviandina no responde sino por el mantenimiento de la base, la subbase, el
pavimento de la carretera y las obras de arte en concreto, pero el contrato olvidó que también hacen
parte de la vía los taludes, terraplenes y el macizo rocoso objeto —que son los que fallan—.
Este asunto de las zonas inestables que en cada invierno le pasan factura al país con los cierres es
de gran importancia.
No se trata tan solo de la movilidad y del transporte, sino también de usos del suelo y mal manejo
de las aguas, en el contexto de un medio natural agreste en una cordillera sedimentaria de edad
reciente y alto nivel de movimiento tectónico, más la creciente amenaza del cambio climático con sus
eventos extremos.
…
TAGS: COLOMBIA, COVIANDES, GONZALO DUQUE ESCOBAR, MOVILIDAD, PETRO, VÍA AL LLANO.
…
* Especial de la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, para Razón Pública. Bogotá,
octubre 15 de 2023.
423
U.N. de Colombia Geomecánica
GEO-TEXTOS
Geomecánica. Duque-Escobar, Gonzalo y Escobar P., Carlos-Enrique (2016. Act. 2023). Programa de
Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales.
Geotecnia para el trópico andino. Duque-Escobar, Gonzalo y Escobar P., Carlos-Enrique (2016. Act
2022). Programa de Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales
Manual de Geología para Ingenieros. Duque-Escobar, Gonzalo. (2003. Act 2022) Fundamentos geología
física y de Colombia. Universidad Nacional de Colombia.
Mecánica de los suelos. Duque Escobar, Gonzalo and Escobar Potes, Carlos Enrique (2002. Act 2022)
Universidad Nacional de Colombia.
Fisiografía y geodinámica de los Andes de Colombia. Duque Escobar, Gonzalo and Duque Escobar,
Eugenio (2016) [Objeto de aprendizaje] .
424
U.N. de Colombia Geomecánica
Blanda 10 – 30 50-250
425
U.N. de Colombia Geomecánica
TIPOS DE DISCONTINUIDADES
CLASE I: RMR >80; Cohesión >0,4. MPa; Angulo de rozamiento interno > 45º
CLASE II: RMR 61-80; Cohesión 0,3-0,4 MPa; Angulo de rozamiento interno 35-45º
CLASE III: RMR 41-60; Cohesión 0,2-0,3 MPa; Angulo de rozamiento interno 25-35º
CLASE IV: RMR 21-40; Cohesión 0,1-0,2 MPa; Angulo de rozamiento interno 15-25º
CLASE V: RMR <20; Cohesión <0,1. MPa; Angulo de rozamiento interno <15º
426
U.N. de Colombia Geomecánica
Hornblenda, Augita y Silicatos de Al, con Arcilla, Calcita, Limonita, Hematita, Carbonatos
Biotita Fe, Mg, Ca solubles, Cuarzo dividido, Sílice en solución
Anortita y Albita Ca (Al Si3 O8) y Na (Al Arcilla, Cuarzo dividido, Calcita
Si3 O8)
DEFORMABILIDAD DE ROCAS
Denominación PU en gr/cm3
427
U.N. de Colombia Geomecánica
SERIE DE BOWEN
Cristalización el magma
Los primeros minerales en formarse, Estos minerales contienen A las rocas con un alto
como el olivino y la anortita o una mayor proporción de contenido en minerales
428
U.N. de Colombia Geomecánica
feldespato cálsico, también son los aluminio (Al), potasio (K), ferromagnesianos se les
primeros en meteorizarse. calcio (Ca) y sodio (Na), denomina máficas; si es
que de hierro y magnesio. bajo se denominan
Imagen: es.wikipedia.org
félsicas.
GRADO DE PERMEABILIDAD
Denominación K en cm/seg
Alta 10 -2 - 10 -4
Moderada 10 -4 - 10 -5
Baja 10 -5 - 10 -7
Muy baja 10 -7 - 10 -9
Impermeable >10 -9
PERMEABILIDAD DE SUELOS
K= cm/s 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9
429
U.N. de Colombia Geomecánica
Seco 0 - 25
Húmedo 25 - 50
Muy húmedo 50 - 80
Altamente saturado 80 - 95
Saturado 95 - 100
TAMAÑOS DE GRANOS
Gruesos 60 a 2 mm Grava
Suelto 20 - 33 4 a 10
Compactación 33 - 66 10 a 30
Moderada
Denso 66 – 90 30 a 50
430
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Hz IA Hz 6-Suelo con
Con humus IV Alteración Humus
Completa
Hz 5-Suelo sin
Hz IB
Humus
Suelo Zona
Saprolito IC Hz 4-
Residual superior
Roca IV Alteración Completamente
descompuesta descompuesto
Parcial
Zona
Hz 2-Parcialmente
Meteorización II Alteración Roca parcialmente
descompuesto
Vegetación
Parcial Parcial desintegrada alterada
Roca
Roca Sana Inalterada Roca sana Roca inalterada Hz 1-Roca sana
431
U.N. de Colombia Geomecánica
432
U.N. de Colombia Geomecánica
Potencial de G.E.
LR IP % < 0,001 EL
expansión consolidado
Muy alto. > 30% < 10% > 32% > 37% > 100%
Alto. 20% - 30% 6% - 12% 23% 45% 18% - 37% > 100%
Medio. 10% 20% 8% - 18% 12% 34% 12% - 27% 50% - 100%
Bajo. < 10% > 13% < 20% < 17% < 20%
Compresibilidad Vs. Cc y LL
Alta 40 >51
Qu (kg/cm2) < 0,25 0,25 a 0,5 a 1,0 1,0 a 2,0 2,0 a 4,0 > 4,0
0,5
433
U.N. de Colombia Geomecánica
friable
Valores estimados con Presión efectiva < 5 kg/cm2 - Fuente: Terzaghi y Peck 1980.
434
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GC Buena a SC Buena a
Regular Regular
Fuente: Lambe y Whitman. 1976
435
U.N. de Colombia Geomecánica
436
U.N. de Colombia Geomecánica
437
U.N. de Colombia Geomecánica
Fuente: Valores asignados a los factores para obtener el parámetro Q de Barton, en las
rocas de los macizos rocosos de Manizales. Duque Escobar Gonzalo y Duque Escobar
Eugenio. 2006.
***
Duque Escobar, Gonzalo (2003. Act 2022Manual de geología para ingenieros. Universidad
Nacional de Colombia, Manizales.
https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/3145/manualgeo.pdf
***
ENLACES U.N.
438
U.N. de Colombia Geomecánica
Túnel Manizales
AGUAS DE MANIZALES
Consultoría de INGENIERÍA DE SANEAMIENTO AMBIENTAL – INGESAM
Resumen
Estudio de prefactibilidad del Túnel Manizales, una conducción subterránea, de 1850 m de
longitud, 2,5 m de diámetro y 150 m de techo máximo, localizado en el sector urbano de
Manizales-Villamaría, útil para el trasvase de aguas residuales entre la microcuenca de la
quebrada Olivares (subcuenca del río Gaucaica) y la subcuenca del Río Chinchiná, como
parte de la consultoría de INGESAM para Empresa Aguas Manizales en el marco del
proyecto de saneamiento básico del río Chinchiná.
CONTENIDO
I- PARTE DESCRIPTIVA. Pag 320: Presentación - Justificación Geología de
Manizales- Aspectos morfológicos y geotécnicos -Caracterización de los Macizos -
Definición del problema
II- PARTE ANALÍTICA. Pag 335: Alcance del estudio- Descripción de portales
opcionales-Características geomecánicas de las rocas -Análisis fotogeológico
estructural-Clasificación de los macizos rocosos
III- PARTE CONCLUSORIA. Pag 358: Túneles de primera opción- Costos y
rendimientos provisionales- Actividades de prospección y recomendaciones-
Complementos y estrategias -Agradecimientos
IV- BIBLIOGRAFÍA. Pg 366- V- ANEXOS (7 Carpetas que se omiten).
439
U.N. de Colombia Geomecánica
• I- PARTE DESCRIPTIVA
Presentación
• Túnel Manizales, a la conducción cuyo objeto es integrar las dos subcuencas señaladas
en los distritos mayores del Olivares y Chinchiná.;
• Túneles de Santa Helena y La Avanzada, a dos soluciones subterráneas menores,
necesarias para viabilizar y empalmar las conducciones con dificultades superficiales en
la cuenca de la Quebrada Olivares.
440
U.N. de Colombia Geomecánica
Justificación
En la década de los años 20s fueron para el FF CC de Caldas, fueron construidos varios
túneles, cinco de ellos entre Chinchiná y Manizales excavados con sección de herradura entre
1925 y 1927. El de la Estación Manizales fue construido en la Formación Casabianca y
recubierto en concreto. Esto para señalar la viabilidad técnica de esta empresa.
Geología de Manizales
Complejo Quebradagrande.
El Complejo Quebradagrande de edad Cretácica incluye rocas volcánicas y sedimentitas,
éstas últimas consistentes en areniscas líticas, brechas sedimentarias, conglomerados
polimícticos con clastos volcánicos, además cuarzo lechoso, fragmentos de anfibolitas, chert,
lutitas, lentes de calizas y grauvacas. Todo el paquete con buzamiento alto salvo excepciones
locales. La unidad como tal, según Naranjo, ha pasado de una alta diagénesis a un
metamorfismo de baja presión. Cabe destacar que en su litología se da la presencia de rocas
carbonosas altamente inestables
Formación Manizales.
Formación depositada en el intervalo temporal de 4 a 8 millones de años, que suprayace el
basamento. Está constituida por un conjunto de rocas sedimentarias vulcanogénicas con
clastos del complejo volcánico Ruiz–Tolima.
Formación Casabianca.
Esta unidad al igual que la anterior y los depósitos piroclásticos, que le sirven de piso y techo,
constituyen el supraterreno de Manizales. Espacialmente, reposa sobre la Formación
Manizales y el Complejo Quebradagrande.
441
U.N. de Colombia Geomecánica
Tectónica
Es evidente el levantamiento reciente que muestra la ciudad en el costado occidental y que
se anuncia con el escarpe de Chipre. Los flujos de lodo que afloran en los taludes, anuncian
el levantamiento de bloques tectónicos, cuyas fallas con dirección norte–sur, este-oeste y
otros rumbos, encuentran su expresión topográfica en quebradas y ríos.
442
U.N. de Colombia Geomecánica
En cuanto a la amenaza sísmica, el Eje Cafetero posee dos fuentes de singular importancia:
El Sistema de Fallas Romeral y otras Fallas, todas con sismos superficiales como los del
Quindío 99 y Popayán 83, y la Zona de Subducción y Plano de Benioff con sismos profundos
como los de 1962, 1979 y 1995. (Duque 1998).
En el sismo del Quindío 1999, veamos lo ocurrido en dos lugares ubicados a similar distancia
y dirección: con los valores de la aceleración medidos a unos 20 km del epicentro: en suelos
blandos han alcanzado hasta 0,59g en un depósito de 30 m de espesor (20 m de cenizas más
10 m de relleno) y en topografía plana sobre un conglomerado de una bocatoma la aceleración
registrada fue 0,09g. Los datos se han obtenido del estudio Microzonificación Sísmica de la
Ciudad de Manizales, CIMOC -Alcaldía de Manizales, 2002.
Estos investigadores del equipo CIMOC han sugerido diseñar las obras regulares de la
Ciudad para una vida útil de 50 años, y de conformidad con éste, el período de retorno
correspondiente calculado con base en la sismicidad histórica local resulta ser 475 años.
Figura 1e. Espectros de peligro uniforme estimados en Uniquindio, donde se registró una
aceleración de 0,59g con el sismo de 1999. Amenaza asociada a la Fuente de Subducción
(Izq) y a la Fuente Romeral (Der). CIMOC -Alcaldía de Manizales, 2002.
También se consideró por CIMOC el espesor del depósito de suelo blando considerando
espesores de 5, 10, 20 y 30 m; para estos, los períodos fundamentales promedios, en
segundos, con eventos de las fuentes sísmicas, varían así en cada caso para el orden de los
espesores dados: 0,11, 0,26, 0,51 y 0,76seg.
443
U.N. de Colombia Geomecánica
El Conjunto Conglomerático se extiende como un depósito de gran potencia sobre una gran
depresión con características de escalamiento tectónico, a modo de valle localizado donde el
drenaje principal modifica su régimen torrencial en fluvial. De ahí que el conjunto sea un
abanico aluvial, de similares características a los de Pereira y Armenia, pero tectonizado y
levantado.
Las Cenizas Volcánicas -tefras y tobas de la cobertura-, ofrecen estabilidad a las laderas,
salvo cuando su basamento falla o cuando se les expone a factores de erosión. Estos
444
U.N. de Colombia Geomecánica
La Formación Manizales, especialmente, presenta zonas con distinta capacidad mecánica por
tener grado de consolidación variable, y en menor grado cantos de diferente naturaleza. La
cementación de la matriz, aunque algo incipiente pero suficiente para añadirle propiedades
casi impermeables al material, es causada por arcillas y óxidos. Esto unido al tectonismo
local, explica las variaciones de estabilidad entre laderas y taludes, como también la presencia
de zonas más degradables que otras a escala urbana.
En la Formación Manizales los portales ubicados en el macizo sano, sin fallas de ladera,
admiten taludes casi verticales; el macizo tiene diferente resistencia a causa del contraste
entre bloques con diferencias de alteración y composición, y entre los cantos y la matriz
pobremente cementada; en especial las lavas andesíticas, por su reducido contenido de
cuarzo, son consideradas blandas.
Los grandes tamaños de los bloques en esta formación, hacen difícil la excavación y
conducen a la necesaria utilización de métodos de perforación mecánica con voladuras, a la
instalación de vagonetas de plataforma con poco cajón para ubicarlos y sacarlos, y al uso de
concreto lanzado en zonas críticas. La calidad del relleno o matriz, igualmente, obliga a la
excavación y entibado simultáneos, después de los cuales podrá resolverse el tipo de soporte
donde se requiera. El Túnel Manizales cruza esta formación rocosa conglomerática cuyas
rocas, calificadas de blandas y porosas, aunque algo cementadas, como se verificará más
445
U.N. de Colombia Geomecánica
adelante, efectivamente ganan resistencia con la profundidad al cerrarse más los poros y
también como consecuencia de la mayor intensidad de los factores diagenéticos. Antes de la
excavación su resistencia puede incrementarse más, si previamente se drena el macizo.
446
U.N. de Colombia Geomecánica
- Las geoformas que ofrece el Complejo Quebradagrande, son sustantivas para el escenario
del basamento donde se trazan los alineamientos, particularmente en el caso del túnel
Manizales, sobre todo, por la incertidumbre de la paleotopografía, máxime cuando la
continuidad del techo de la Formación Manizales presenta dificultades en su correlación
horizontal.
447
Universidad Nacional de Colombia Geomecánica
Para conocer las características de esta Formación, dado que la conducción de mayor
importancia será el túnel para el trasvase de las aguas del Distrito Olivares al Distrito
Chinchiná, se realizó el levantamiento de sendas columnas estratigráficas, en el sector del
Barrio Estrada y del Barrio Panamericana, respectivamente (Ver Anexo 2).
10-20 11 2,67
20-30 11 2,54
30-40 8 2,85
448
U.N. de Colombia Geomecánica
40-50 7 2,86
50-60 5 2,86
>1m 4 2,16
Otros 15 7,78
Total 56 23.72
Tabla 1c. Frecuencia de bloques para una columna de una ladera del Barrio Estrada.
En términos de la fábrica textural, la longitud de los tramos con bloques que superan los
10cm, fue de 23,72m equivalentes al 65% de toda la columna; y el número de tramos en
matriz, del 35%. No se midió la proporción de zonas clastosoportadas. El estado de
meteorización de los bloques es variado afectando especialmente a los menores de 20 cm.
La mayoría de los bloques es de naturaleza ígnea andesítica. Además, se observan muy pocos
bloques de granodiorita y con tamaños de hasta el decímetro. La forma dominante de los
bloques es la isométrica subredondeada.
Las características de la matriz son las siguientes: zonas húmedas ninguna, tampoco afloró
el nivel freático, siempre afectada por meteorización y con evidencias de contenido orgánico.
Su aspecto es el de un suelo limo arenoso con contenido orgánico y de baja plasticidad. No
se observaron fracturas en el macizo, aunque los bloques embebidos en el mostraban
desplazamiento por gravedad con la correspondiente deformación plástica de la matriz de la
cual salían con facilidad al excavarlos con palín.
Columna del Barrio Panamericana: Esta columna sobre una longitud de 42,6m metros, y
adicionalmente se realizó un claro de forma horizontal en dirección occidente oriente.
El examen de la columna levantada así, muestra lo siguiente:
10-20 8 1,38
20-30 12 3,09
30-40 14 4,69
40-50 8 3,40
>1m 4 4,19
Otros 7 4,69
Total 55 21,44
Tabla 1d. Frecuencia de bloques para una columna de un talud en el barrio Panamericana.
449
U.N. de Colombia Geomecánica
Desde el punto de vista granulométrico, se encuentra que la longitud de los tramos con
bloques mayores de 10 cm es del 50% y la correspondiente a la matriz, del 63%. No se midió
la proporción de zonas clastosoportadas.
.
El estado de meteorización de los clastos es mínimo afectando particularmente a las gravas.
La mayoría de los bloques es de lavas andesíticas. La forma dominante de los bloques es
isométrica y subredondeada.
Las características de la matriz fueron las siguientes: zonas húmedas sobre la base del talud,
donde afloró el nivel. Además, se observó un núcleo de humedad que contrastaba con el
conjunto. La zona no presentaba caudal visible. La matriz se encontró poco meteorizada, y
con buen grado de consolidación y cementación.
Se observó una línea de fracturas con tendencia horizontal en cada bloque y también en su
conjunto, que por su altura sugería responder a una línea de voladura y no a una diaclasa.
Para la información del Complejo Quebradagrande, en el sector sur del Barrio la Sultana,
donde el macizo aflora de forma abierta, existen taludes de suficiente extensión y el ambiente
tectónico coincide con las situaciones generales de El Tablazo y Santa Helena. No obstante,
debe quedar claro que la Sultana es otro lugar y por lo tanto la geometría de las
discontinuidades nada tiene que ver con ningún lugar en El Tablazo o Santa Helena, y que
esto apenas puede dar una idea sobre la calidad de la roca, parámetro que también mostrará
diferencias en los tres lugares por razones litológicas, de alteración y estructurales.
450
Universidad Nacional de Colombia Geomecánica
Desde el punto de vista geomecánico, la roca presenta una clara anisotropía, ofreciendo tres
condiciones de diferente nivel de competencia a los esfuerzos.
451
U.N. de Colombia Geomecánica
452
U.N. de Colombia Geomecánica
Latit
undidad m
Prof
Perf
Lug
Lon
Número
oración
gitud °
ud °
ar
•
•
• 3 • Infi • + 5,08 • -75,51 • 40
Manizales Paque de
Caldas
• 4 • El Cable – • + 5.06 • -75,49 • 40
Facultad de
Arquitectura
• 5 • Confamiliares • +5,07 • -75,50 • 34
• 6 • Atanacio • +5,06 • -75,50 • 36
Girardot – Fátima
• 7 • Barrio • +5,09 • -75,49 • 32
Bosques del Norte
• 10 • Coldeportes • +5,07 • -75,50 • 40
• 11 • Santa Inés • +5,05 • -75,48 • 50
• 13 • Cátedral de • +5,07 • -75,52 • 43
Manizales
• 19 • La Estampilla • _ • _ • 33
• 22 • Samaria • +5,09 • -75,49 • 33
• 24 • Infi • +5,09 • -75,42 • 40
Manizales N° 2
• Tabla 1e. Listado las perforaciones profundas con más de 30 m utilizadas por
CIMOC. En la Figura 1 a se muestran, con cuadros en rojo, los lugares donde se ubican varias
de estas perforaciones.
•
Por lo anterior tampoco parece ser relevante conocer la ubicación de los lugares de sondeos
en la Figura1d., máxime cuando ya se han señalado y cuando la profundidad del túnel
Manizales, el de menor certidumbre litológica entre los cinco, llega a los 150 m.
453
U.N. de Colombia Geomecánica
Dentro de estas dos restricciones, la geológica y la logística, se buscará un túnel corto que
facilite el acceso a los portales y que no genere escenarios de potenciales desastres, en
especial en los lugares más susceptibles como lo son las zonas periurbanas ambientalmente
más deprimidas, y por lo tanto más vulnerables.
•
• Figura 11l. Túneles considerados para la conducción de aguas servidas en el área
urbana de Manizales (en amarillo). Imagen digital tomada a partir de la información
suministrada por Aguas de Manizales.
•
454
U.N. de Colombia Geomecánica
Túnel Manizales- Portal Norte: se estudiaron tres opciones para este portal del túnel: la
más oriental en el Barrio Sierramorena y la más occidental en el Barrio El Maizal. La tercera,
que es intermedia, en el Barrio Estrada. Además, el sector de El Maizal, se consideró al
tiempo como Portal para el Túnel de la Francia.
Geología. La litología de las tres opciones del portal norte, varía: la del Maizal está sobre
una formación metasedimentaria- El Complejo Quebradagrande-, cuyos planos de foliación-
estratificación dominantes, aparecen cuasinormales al alineamiento del Túnel de la Francia
y cuasiparalelos al del Túnel Manizales. Esta, una arcillolita silícea, se observa en las
fotografías PIC 0038, PIC 0043 y PIC 0044, buzando 50°NE. Estructuralmente, aparece una
falla N20°E que se insinúa en el control del drenaje en la depresión que separa los barrios
Campohermoso y La Avanzada, según se observa y deduce a partir de la cartografía
suministrada por Aguas de Manizales (Ver Figura 1a y 1d), donde se muestra que esta
estructura corta el alineamiento del túnel de forma favorable, 600 m adentro de dicho portal
( Ver Figura 2a).
455
U.N. de Colombia Geomecánica
la gradación progresa hacia tamaños menores y mayores, alcanzando con dificultad en los
mayores tamaños la dimensión de los primeros metros.
Si bien el Barrio Estrada ofrece un portal franco y con posibilidades de acceso por la vía a
Neira frente a Corinto, salvando la Quebrada Olivares, este alineamiento, que pasa por debajo
del costado occidental de Fundadores, sugiere eventuales problemas de estabilidad por cruzar
en medio de dos trazos cartografiados de lo que puede ser una misma falla sin suficiente
expresión morfológica, y quedando la zona de interferencia ubicada a 460 m de este portal
(Ver figura 2b). A su vez, el alineamiento que va desde Sierramorena al portal de la
Panamericana, el cual cruza profundo por el costado oriental de Fundadores, se muestra libre
456
U.N. de Colombia Geomecánica
de cruces con fallas cartografiadas, pero muestra en superficie que su construcción puede
enfrentar eventuales problemas asociados a las grandes depresiones del terreno, justo al norte
y al sur de Fundadores, que son las que explican el fin del reticulado urbano donde nace la
Avenida Santander, la que en su momento fuera llamada El Carretero. (Ver Figura 2c) Debe
subrayarse que el techo de roca en los portales Estrada y Sierramorena alcanzan los 38m y
los 24m a los primeros 50 m de recorrido, pues el talud de entrada tiene una pendiente media
del 76% y del 70%, respectivamente. La profundidad máxima del túnel llega a unos 150 m y
el rumbo es cercano a la dirección S70ºW, desde el portal del Barrio Estrada.
Figura 2 c. Túnel Manizales: Opción Estrada para el portal del norte (Izq). Y vista de
las dos alternativas del túnel en imagen digital, en línea blanca. Obsérvese el relieve en
la parte superior, vecina a Fundadores.
457
U.N. de Colombia Geomecánica
Túnel Manizales- Portal Sur: se estudiaron tres opciones para este portal del túnel: la más
oriental en el Barrio Villa Carmenza y la más occidental en el Barrio Marmato. La tercera,
que es intermedia, en el Barrio La Panamericana.
Geología. Las tres opciones del portal sur presentan singulares condiciones litológicas:
depósitos conglomeráticos con una matriz de características plásticas, que incluso llega a
aproximarse en sus características a la formación Casabianca, en la vecindad de la falla del
drenaje oriental, como si allí fuera material colapsado proveniente del contacto entre la
Formación Manizales y la Formación Casabianca que está más arriba, pues este se observa
20 metros por arriba de la vía Panamericana en la zona del portal. Es de advertir que los
bloques del conglomerado muestran mayor grado de meteorización si se comparan con los
del Barrio Estrada y también, que los bloques granodioríticos presentes en esta Formación,
es algo significativa pero no dominante. Los tamaños medios igualmente son del orden de
los decímetros. Puede reportarse que Casabianca también aflora en la parte alta del Barrio
Estrada y de Renault.
El portal de la Fuente queda ubicado sobre la reconocida Falla San Esteban; además la escasa
carga litostática que ofrece está representada por un relleno artificial que adelanta la empresa
EMAS de la Ciudad, sobre la vaguada de la quebrada que separa los Barrios los Andes y el
Paraíso, aguas debajo de los Arrayanes.
El portal del Barrio Marmato ofrece un alineamiento de un túnel cuasiparalelo a los dos trazos
de una falla alineados y que están cartografiados en la información suministrada por Aguas
de Manizales. Logísticamente no tiene las ventajas del Portal Panamericana. Además, el
portal del Barrio Marmato presenta un macizo de regular conformación en virtud de la
geometría del drenaje circundante, el que avanza desfavorablemente sobre el terreno en los
primeros 200m por encima del alineamiento del túnel Manizales.
El macizo rocoso del Portal Panamericana, en caso de túnel recto -pues se sugiere un desvío
del túnel cerca de este portal de salida-, tiene una pendiente menos pronunciada que la del
Portal Estrada y anuncia movimientos superficiales; su valor medio en los primeros 50m
alcanza el 54% y la carga litostática 32m, en esa misma distancia; además en estos metros el
estado del macizo aparece deficiente: el nivel freático aflora pocos metros por arriba del nivel
de la Panamericana y los deslizamientos en masa son casi planares (Ver Figura 2f y anexo
2). Como el talud frontal está fallado, se sugiere un desvío hacia el occidente, pero sólo al
final del alineamiento, para obtener un trazo no recto. O en su defecto un falso túnel hasta
los primeros 50 m adentro, estructura que ayudaría para que el túnel alcance el macizo en
condiciones más adecuadas, pero no iguales a las del Portal Sierramorena, pues el ambiente
tectónico periférico intenso y la litología más superficial de la unidad litológica de esta roca
en este portal sur, es más desfavorable que en el del norte.
458
U.N. de Colombia Geomecánica
Figura 2 d. Túnel Manizales- Plano con las opciones de sitios para el portal de
salida en el Sur, para el Túnel Manizales: en amarillo Marmato, en Rojo la
Panamericana y en Verde Villa Carmenza. Las rectas azules son posibles
alineamientos del Túnel Manizales; la línea azul sinuosa, es la conducción
superficial para que el flujo siga hacia la planta de tratamiento. En naranja, las
fallas que afectarían los portales laterales.
459
U.N. de Colombia Geomecánica
El tipo de túneles de los cuales nos ocupamos está definido por las siguientes características:
se trata de túneles de pequeño diámetro en dos clases de rocas blandas, una de tipo
conglomerado (Formación Manizales o Formación Casabianca) y otra y foliada (Complejo
Quebradagrande). Ver Figuras 2n, 2ñ y 2o.
460
U.N. de Colombia Geomecánica
Las siguientes son las características geotécnicas de los macizos rocosos, cuando éstos
interfieren las formaciones Manizales y Casabianca, y al Complejo Metasedimentario.
Llama la atención que siendo la cota de este portal de entrada en Olivares superior a la del
Portal Panamericana que es de salida, en casi cuatro decenas de metros, el macizo rocoso
ofrezca al norte la base de la Formación Manizales y al sur su techo. Entonces, ¿por qué no
existe alineamiento estructural E-W cortando el eje del túnel? Además, para el túnel
Manizales, deberá tenerse en cuenta esto y la mejor calidad del macizo en el portal de entrada
que en el de salida.
Sobre la calidad del macizo, aunque por su condición sedimentaria pareciera deficiente, otros
hechos como la considerable altura de los taludes en el escarpe de Chipre, la Francia y el de
la parte occidental de la Quebrada Olivares, señalan lo contrario. Cuenta en esto su origen
torrencial vulcanoclástico, bajo nivel de alteración, el grado de consolidación y la
cementación, aunque sea de bajo grado. Sobre el drenaje de la Formación Manizales, la
favorecen, además del fallamiento y la profundidad del drenaje mayor, el efecto de capa sello
de la Formación Casabianca que lo suprayace.
461
U.N. de Colombia Geomecánica
Figura 2ñ. Formación Manizales: en la banca del FFCC por Villamaría, (Izq) y en la
Panamericana (Der). La proporción matriz contra bloques, el color de la matriz, y los
tamaños dominantes como las formas isométricas subredondeadas, están bien
representadas.
Figura 2o. Formación Casabianca: aunque la clasificación da esta unidad como roca Clase
V, realmente debería calificarse Clase VI. Esta imagen muestra un estado más alterado de lo
que se espera de esta unidad. A la izquierda, afloramiento en Villa Carmenza Casabianca
donde muestra un suelo residual que ilustra bien su origen conglomerático. A la derecha, los
suelos blancos expansivos en el sector de San Rafael.
462
U.N. de Colombia Geomecánica
• Línea de vuelo C-2275 fotos Nº 66 y 67 a escala aproximada 1:22500 del año 1987.
• Línea de vuelo C-2277 fotos Nº 40, 41, y 42 a escala aproximada 1:3000 del año
1987.
Por razones metodológicas, se usaron estas fotografías de escala regional suficiente, para el
fin que se persigue y para cubrir la zona de mayor interés: la del Túnel Manizales. El
resultado del trabajo de fotointerpretación que aquí se presenta, corresponde a un modelo
teórico que, para el efecto, es el de identificar los lineamientos que respondan a un patrón de
fracturamiento bidireccional, para encontrar con este los rasgos morfotectónicos
correspondientes y compararlos con los lineamientos considerados en la zona del proyecto.
Las direcciones del patrón observadas en las fotografías son para este caso, N - S y N45°E.
Este patrón responde a los esfuerzos de un sistema compresional E-W, el mismo que explica
el levantamiento de Manizales observado en el escarpe de Chipre, al costado occidental de
la ciudad. Evidentemente los campos generales de esfuerzos producen sistemas de fracturas
con tendencias generales, las que, en virtud de la heterogeneidad de las unidades geológicas
y de la presencia de otras fuentes de esfuerzos locales, generan variaciones entre las fracturas
de un mismo patrón. Las intrusiones ígneas, por ejemplo, pueden generar estos disturbios.
463
U.N. de Colombia Geomecánica
Figura 2p. Copia adaptada del plano con lineamientos estructurales según Velásquez y
Hermelín (Izq) y fotografía con los trazos del patrón bidireccional de lineamientos en la zona
de estudio dibujados en rojo (Der). Obsérvese en ambas imágenes la situación del Túnel
Manizales, que en el plano aparece en verde sus dos opciones formando una V, y por el centro
de la foto como una línea recta amarilla y vertical.
Entran al sistema los lineamientos estructurales con dirección N45°W aportados en este
estudio, aunque con carácter propositito, y los cuales cortan las dos alternativas del Túnel
Manizales, en cuatro partes por lo menos. Esto podría explicar la hipótesis ya mencionada
de un posible bloque levantado en el sector de Fundadores.
Con relación al trabajo de Naranjo, este estudio coincide con la identificación de un trazo
que responde al patrón con dirección N45°W, el cual corta transversalmente las alternativas
del Túnel Manizales en el sector de Fundadores.
Del sistema N – S, donde la Falla Manizales Aranzazu es común para todos, entraría un
alineamiento no considerado cruzando el sector de fundadores y por lo tanto a las dos
alternativas del Túnel Manizales.
464
U.N. de Colombia Geomecánica
Intentando clasificar los macizos como cuerpos fisurados, para obtener una idea de su
competencia estructural, con fundamento en el denominado Índice de Calidad de Túneles
NGI, cuyo valor numérico, según Barton Lien y Lunde, está dado por Q, mediante la
siguiente expresión:
Q= (RQD/Jn)(Jr/Ja)(Jw/SRF)
Parámetro Q de Barton
Barton
RQD
Roca
Clas.
SRF
Jw
de
Jn
Ja
Jr
Q
0,825
F Mz
mala
Muy
0.8
60
12
3
2
e mala
Exce/t
0,002
F Cb
1.3
0.4
20
12
6
465
U.N. de Colombia Geomecánica
Extr/t
0,011
C Qg
mala
0,5
0.2
30
15
e
Tabla 2a. Valores asignados a los factores para obtener el parámetro Q de Barton, en las
rocas de los macizos en estudio.
Para la Formación Manizales, si se hiciera una analogía con un macizo fracturado, para
obtener el Índice NGI, el tamaño de los bloques sería de 5, la resistencia al esfuerzo cortante
entre bloques, cercano a 1,5 y los esfuerzos activos del orden de 0,11. Así el valor de Q
llegaría a 0,825.
A partir de estos estimativos, aplicando la teoría de Barton, Lien y Lunde, se podrían tener
también un par de parámetros: el tiempo de sostén de un claro de la excavación sin ademe y
la carga de roca en términos del diámetro de la galería sobre su techo, suponiéndola de igual
ancho y altura. El primero para efectos constructivos, pues es evidente que la calidad de la
roca no ofrece autosoporte, como ocurre con la roca sana y competente, que siempre supera
al concreto y casi iguala al acero. El segundo para estimar el soporte requerido en el techo
del túnel.
Estudio de la estabilidad
466
U.N. de Colombia Geomecánica
Sobre los Factores de Seguridad, FS, en túneles, se puede decir que ellos varían entre 7 y 8
para casas de máquinas y estaciones de metro, hasta 0,9 en las minas si la excavación es
provisional. Además, en las minas hay procesos de avance del frente y extracción de
materiales: en el primero el factor de seguridad es 3 y en el de extracción varía de 0,7 a 0,9,
lo que supone que las características del macizo son malas y se puede utilizar poca voladura
obteniendo economías.
Además: también interesa conocer qué pasa en los macizos de roca blanda, con la
profundidad de los túneles, cuando es poca y se acerca a la superficie, o cuando se profundiza
y el techo de roca es muy alto: En general, para el primer caso, por la falta de presión
confinante puede ocurrir que falle el macizo, y esto es de interés para los portales. En el
segundo caso, cuando la excavación es profunda, debe verificarse el Riesgo de Plastificación
del Macizo, y ésta se da si la presión litológica supera la resistencia a la compresión
inconfinada de la roca. Para nuestros casos las mayores profundidades serán de 150m, valor
que multiplicado por el peso unitario promedio de las rocas PU cercano a 2,1 t/m 3 (con una
desviación de 0,2 t/m3), da presiones del orden de 315 t/ m2 equivalentes a 31,5kg/cm2 (ambas
con más o menos un error del 10 %). Este valor es inferior a lo que se espera en las rocas en
la F. Manizales y en el C. Quebradagrande, donde los túneles son profundos. Ahora, para el
peor de los macizos, el de la F. Casabianca interesa la presión de roca: a una profundidad de
unos 40 m y con el mismo PU ésta vale unos 8,4 kg/cm2, por lo que puede darse la
plastificación y habrá que prevenirla. Se recuerda que Casabianca en el interior del macizo
puede estar cercano al límite entre roca y suelo, y éste es 10 kg/cm2. Los valores aportados
por Aquaterra, Tabla 1a, en resistencia sólo llegan a valores muy inferiores. En la Figura 2s
se pueden ver valores para rocas clase E según Deere, y de seguro Casabianca en la roca
intacta, difícilmente entra a este rango.
Ahora bien, según estos autores la categoría de la excavación que nos ocupa entraría a ser
apenas del tipo B; esto significa que el ESR apenas sería cercano y superior a 1,3 de acuerdo
467
U.N. de Colombia Geomecánica
Además, para estos autores, Barton et all, la calidad de las rocas se califica con el parámetro
Q, quedando todas ellas en la categoría de rocas malas de la primera parte, así:
Q 0.001-0.01 0.01-0.1 0.1-1 1-4 40- 100-
Q 4-10 10-40
Exce/te 100 400
Calidad Extr/te mala Muy mala Mala
mala Muy Extr/te
Calidad Regular Buena
F.Cb=0,002 C.Qg=0,011 F.Mz=0,825 Buena Buena
Tabla 2b. Calificación del estado de la roca en el macizo, según el valor Q del Índice de
Calidad de Túneles (NGI)
De = φ / ESR
468
U.N. de Colombia Geomecánica
Esto es: la Formación Manizales está por debajo de la curva y no requiere soporte, la
Formación Casabianca está por encima y requiere soporte, y el Complejo Quebradagrande
también está por encima y lo requiere.
La Carga de Roca
La Carga de Roca por regla general, se estima hasta donde la galería afecta al macizo rocoso
en lo alto del techo, y esto depende de la calidad de la roca y de la geometría de la excavación
(Figura 2r). Si el suelo es sobreconsolidado aparecerán esfuerzos horizontales sobre las
paredes; si se da flujo y esfuerzos hidrostáticos en el piso por exceso de presión de poros,
este se levanta. Así que la forma abovedada por todos los costados, como lo es la circular,
contrarresta esfuerzos en todas las direcciones.
Figura 2r. Conceptos sobre forma de las discontinuidades según su naturaleza (Izq) y Carga
de Roca P según la altura Z sobre el techo de una galería de diámetro Ф dado. La forma
trapezoidal con inclinación 1 a 4 de los hastiales, presenta ventajas estructurales. La sección
en herradura las mejora, pero la circular supera a todas. La baja calidad de un macizo crítico
como el de la F. Cb se resuelve con marcos de acero continuos, recubrimiento suficiente,
469
U.N. de Colombia Geomecánica
menor diámetro posible y sección circular. Para excavación en el C. Qg, además de marcos
y recubrimiento menos intenso, con anclajes estándar. La F. Mz aunque se encuentre en buen
estado y ofrezca autosoporte en diámetros inferiores a 3m, también merece refuerzo
adicional.
Es difícil saber si los procesos de construcción y destrucción del paleorelieve han generado
suelos sobreconsolidados, pero de haber sido así, asumimos que estando en la Formación
Manizales, poco aplica, mientras en la Formación Casabianca sí; pero por la poca
profundidad de las excavaciones en este particular caso, la magnitud de los esfuerzos no
conlleva consideraciones adicionales.
Para la Formación Manizales, que es el de características superiores entre las rocas que nos
ocupan, dado que el estado de la roca es 5 según Terzaghi:
Para la Formación Casabianca, que es el de características más malas entre las de los macizos
estudiados, dado que el estado de la roca está entre 7 y 8 según Terzaghi:
Para el Complejo Quebradagrande, que es de características intermedias entre las rocas que
se han considerado aquí, dado que el estado de la roca es 6 según Terzaghi:
Es evidente que la teoría de soportes desconoce la actitud del Macizo, pero en los casos que
nos ocupa, ésta, la del Complejo Quebradagrande en la zona de los túneles, es la más
favorable, puesto que los rumbos de las discontinuidades primarias son casi normales al del
túnel y sus buzamientos muy pronunciados.
470
U.N. de Colombia Geomecánica
Figura 2s. Clasificación de rocas según Deere. Resistencia inconfinada contra Módulo
de Young, dibujadas en escalas logarítmicas Las rocas blandas son las que presentan
resistencias menores que 375 kg/cm2. Casabianca estaría afuera del cuadro, más a la
izquierda y por abajo del extremo inferior izquierdo. Fuente: Alberto S Nieto.
Caracterización Geotécnica de Macizos de Roca Blanda. SIMR&SCG. I Congreso
Suramericano de Mecánica de Rocas. Bogotá. 1982
En el caso de los cinco túneles se sugieren dos diámetros cercanos a los dos metros. El Túnel
Manizales no podrá exceder los tres metros de diámetro para mantener su condición de
autosoporte. El mayor para los túneles largos y el menor para los cortos. En los primeros, la
demanda de espacio para extracción de aire y ventilación, como para operaciones logísticas,
es mayor.
Esa resistencia expresada en kg/cm2, para limolitas y carbones está entre 250 y 500, y para
areniscas pizarras y lutitas entre 500 y 1000. Ahí están nuestras rocas, pero en estado sano;
si lo fuera en el alterado, sería inferior en un orden o más. Asignaremos los valores para las
471
U.N. de Colombia Geomecánica
El parámetro B se valora con 3 cuando el RQD es inferior al 25%, con 13 cuando está entre
el 50 y 75%. El máximo puntaje es 20 si el RQD está entre el 90 y 100%.
Asumamos que nuestras rocas tienen los siguientes Índices de Calidad de Roca QQD:
Formación Manizales 60%, F, Casabianca 6% y Complejo Quebradagrande 30%. Valoremos
estos en su orden con 11, 1 y 6.
Para nuestro caso asumamos que nuestras rocas tienen los siguientes valores: Formación
Manizales 2m, Formación Casabianca 1m y Complejo Quebradagrande 2cm. Valoremos
estos en su orden con 25, 15 y 2.
Para el parámetro D se contemplan puntajes entre 0 y 25 así: Fisuras abiertas o de mal relleno
0; algo rugosas y con separación menor de 1mm, 12; si la pared es rugosa se le da 20 si es
dura, o 12 si es suave.
Las rocas de nuestro estudio recibirán la siguiente valoración: Formación Manizales 20,
Formación Casabianca 6 y Complejo Quebradagrande 4.
472
U.N. de Colombia Geomecánica
Ajuste -5 -10 -1
Total 60 10 22
Tabla 2c. Valoración de los parámetros de clasificación geomecánica (CSIR), para las rocas
de los macizos en estudio.
Bieniawski clasifica el macizo rocoso en 5 categorías, dándole a cada una un tiempo medio
de sostén y unos parámetros de cohesión y fricción que son los que se muestran en la Tabla
2d siguiente.
Aplicando el ábaco de la Figura 2t, estos son entonces los tiempos de sostén y claros de
nuestros macizos rocosos:
473
U.N. de Colombia Geomecánica
Figura 2t. Tiempo de sostén y claros sin ademe, para las diferentes calidades de roca en el
sistema del CSIR según Bieniawski. Fuente: E. Hoek & E.T. Brown. Excavaciones subterráneas
en roca. Mc Graw Hill. USA 1980.
Figura 2u. Extensión del área de influencia según el estado del macizo (Izq), y
Deformación del túnel contra presión de soporte. Obsérvese en la figura de la izquierda,
la diferencia relativa de los tres macizos considerados, y en la de la derecha, la mayor
solicitud de anclaje para el techo. Adaptado de E. Hoek & E.T. Brown.
Debe considerarse que el estado de la roca cambia por factores tectónicos y de alteración que
los esfuerzos también por variaciones de la sobrecarga y por presión de aguas según la altura
del NAF, además que en la vecindad de los portales, siempre existen condiciones
desfavorables por una discontinuidad adicional y por falta de confinamiento del macizo.
474
U.N. de Colombia Geomecánica
Cálculo de ademes
No se hace este cálculo, el del sistema de apuntalamiento o entibado, puesto que no se dispone
de la información geotécnica suficiente la cual demanda perforaciones exploratorias para
obtener la resistencia inconfinada, el módulo de elasticidad de Young, la relación de Poisson
y el peso unitario.
El diseño racional de los sistemas de ademado, parte de las características y naturaleza de los
materiales que entran en juego, y en consecuencia de las relaciones esfuerzo deformación
entre roca y ademe. A esto se suma el criterio ingenieril (Ver Figura 2u)
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U.N. de Colombia Geomecánica
Vulnerabilidad Sísmica
Para la OPS en el caso de sismo el desempeño de los túneles de conducción como el que nos
ocupa, ha sido generalmente satisfactorio (Vulnerability of Water Supply Systems to
Landslides. 1997). Según, Oven y Sholl (1981), citados por el documento de la OPS,
agruparon las estadísticas sobre los efectos constatados en túneles de acuerdo a los siguientes
tres grados:
Los rangos de aceleración y velocidad sísmicas, para estos tres grados, han sido:
476
U.N. de Colombia Geomecánica
Esta Tabla 2g que se puede coordinar con la Figura 1g, permite, además de comparar la
estabilidad relativa de las conducciones en cada unidad litológica, observar la ventaja de las
conducciones en suelos y rocas cada vez más competentes y asignarles un nivel de riesgo
específico, para las conducciones bien hechas, así:
Túnel Manizales: 1850m de longitud y 150 m de techo máximo; aunque la alternativa que
aparentemente no cruza fallas surge uniendo los portales Sierramorena y Panamericana, se
optará por el trazo desde el Barrio Estrada desplazando ligeramente el alineamiento para que
cruce en medio de dos trazos de fallas cartografiadas. Esto no excluye en ninguna de ambas
opciones la eventual interferencia de los trazos que muestra el perfil longitudinal, estimados
como consecuencia de la fotointerpretación y valoración morfotectónica de la superficie del
terreno, en el sector de Fundadores y la Renault, donde se ha considerado conveniente salvar
las depresiones a lado y lado de la Avenida Santander y a los costados del alineamiento del
túnel.
Además, el acceso para la construcción del portal de entrada, está frente al Barrio Estrada.
Se agrega que el túnel tendrá un desvío cerca del portal de salida, hacia la quebrada Marmato,
como una previsión del diseño geométrico para el manejo ambiental del sector. En los
477
U.N. de Colombia Geomecánica
Respecto al Nivel de Aguas Freáticas, NAF, el drenaje del macizo se favorece hacia el sur
por la particular conformación alargada del macizo en esa dirección; también por el entorno
de fracturas norte sur y este oeste, lo que se suma a una cobertura impermeable como la
Formación Casabianca y al bajo nivel de infiltración propio de la zona urbana. Los factores
que favorecen la infiltración, como la cobertura vegetal y las capas de cenizas, con mayor
presencia hacia la ladera norte y hacia el costado sur, hacen menor contribución. Los
manantiales de verano escasos en altura y en caudal, apenas se observaron en la
Panamericana, pero sin duda alguna los de invierno especialmente los asociados a NAF
colgados, pueden explicar deslizamientos de las formaciones superficiales.
A medio km del portal de entrada el Túnel Manizales transitará a 150 m bajo las instalaciones
del Liceo Isabel La Católica, en el sector de Fundadores. Allí, la profundidad equivalente a
una y media veces la altura de la Catedral de Manizales, hará ver su blindaje como medida
altamente redundante y su diámetro de 2m verdaderamente insignificante, como también
imperceptibles las actividades de construcción cuyas máximas trepidaciones serán inferiores
a las del tráfico de las avenidas del sector. Esto no excluye la necesidad de prevenir
fenómenos de resonancia en este y en cualquier otro túnel, a causa de las vibraciones de
motores grandes en funcionamiento continuo.
Figura 3a. Perfiles longitudinales del túnel Manizales, de S a N, para la Alternativa desde
el barrio Estrada. La profundidad máxima del túnel es de 150 m, lo que supone un esfuerzo
del orden de 30 kg/cm2. La zona más crítica está en los portales, por falta de presión
suficiente para confinar los bloques. Es probable que se interfiera el C. Quebradagrande
hacia el portal de entrada, y se esperan discontinuidades asociadas a un modelo
compresional, según el modelo bidireccional de la Figura 2p. Se estima el contacto entre
las unidades de conglomerados, y no se da el perfil del NAF de verano que aflora a la altura
del portal de salida, y que en invierno y al interior del túnel, puede alcanzar la primera
centena de metros.
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Universidad Nacional de Colombia Geomecánica
Si por cualquier motivo se presenta ruptura o taponamiento en el Túnel Manizales, y las fugas
aparecen en las zonas de los portales, gracias a las condiciones propicias del entorno
inmediato se pueden administrar debidamente los flujos. Además de la planeación preventiva
para el uso y manejo del suelo, e deberá prever esta circunstancia al construir las obras en el
portal de salida, aprovechando la disposición adecuada del alineamiento desviado hacia la Q.
Marmato. Igualmente, en la vecindad del portal de acceso en la Q. Olivares
Si los túneles tuvieran este diámetro, entonces, por las longitudes, los tiempos y costos sin
elementos de recubrimiento y soporte, ni adecuación de portales, los que incluyen excavación
y entibado, como se muestra en la tabla adjunta, serían los mayores de la Tabla 3a.
Figura 3d. El mayor costo de soportar un túnel en roca blanda, se compensa con el menor
costo de excavarlo. Casabianca admite excavación manual, pero La F. Manizales, excavación
con taladro y voladura. Figura adaptada de una lectura intitulada y que cita como fuente esta:
Geological Society of London. Tunnels for Roads and Molorways. 1972.
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U.N. de Colombia Geomecánica
Los costos estimados y rendimientos en el túnel piloto de La Línea, entre Cajamarca (Tolima)
y Calarcá (Quindío), según información suministrada para el Ingeniero Luis Ernesto Sanz de
Ingesam, son de $9´610.000 por metro lineal y de11,8 m por día. Esta obra de 8.580m de
longitud cuyo diámetro es de 4,4m, está programada para 730 días (24 meses) y la proporción
de costos es la siguiente:
Si aplicamos el costo del Túnel de La Línea a nuestro caso, entonces el costo de nuestros
túneles
sería del orden de $2´000.000 por metro lineal, al menos para el ítem excavación. Pero en el
caso del Túnel de La Línea los costos no son iguales por los dos frentes ni por cada metro
excavado, a causa de la diferencia entre los macizos y de las rocas en cada uno de ellos, lo
que se expresa en variaciones de rendimientos y costos de excavación.
Como tercer escenario de costos, está el de un Túnel en Santa Marta, de 258 m con sección
de 28,6 m2, para evacuación de aguas lluvias. Según información amablemente suministrada
por los Ing. Edgar Otálora y Andrés Cárdenas M de la Empresa Calderón y Jaramillo S.A. el
presupuesto inicial de $ 2´100´000.000 en costos directos da como resultado un costo
estimado de $8´400.000 por metro lineal, sin incluir predios, diseños, movimientos de redes,
ni ventilación.
En la construcción excavando con jumbo en rocas metamórficas, para las diferentes calidades
de roca, estas son las longitudes a excavar, como los rendimientos y ademado previstos y en
avance:
Roca III: longitud 40 m, avances de 2,5 m/d, marcos tipo IPY espaciados 1 m, revestimiento
en concreto neumático de 0,10 m de espesor y pernos localizados. Roca fracturada.
Roca II: longitud 60 m, avances de 2,5 m/d, sin marcos, revestimiento en concreto neumático
de 0,10 m de espesor y pernos localizados. Roca con RQD superior al 50%
Roca I: longitud 158 m, avances de 5 m/d, revestimiento en concreto neumático para algunos
puntos. Roca autosoportante.
A continuación, en la Tabla 3 a., se estiman los rendimientos esperados según los frentes de
trabajo sugeridos para cada túnel, y suponiendo se emplean métodos de excavación similares
a los del túnel que se construye en Santamarta. Posiblemente en el caso del túnel de la
Avanzada, la excavación pueda ejecutarse combinando métodos manuales.
480
U.N. de Colombia Geomecánica
Tabla 3a. Características generales de los túneles y tiempos estimados para las obras, en dos
escenarios: Alto y (Bajo).
Para estimar la relación de costos aproximados entre la excavación y los otros insumos en
túneles, vale mencionar las que presenta el Profesor Fernando Fujimura de la Universidad de
Sao Paulo, Brasil, en su conferencia sobre Excavaciones Subterráneas, presentada en el
Congreso Suramericano de Mecánica de Rocas, con el título “Reservatorio Subterráneo De
Agua Tratada…” recogiendo las experiencias en costos de obras para el abastecimiento de
grandes centros urbanos; es esta:
• Excavación: 74,8%
• Soporte: 10,1%
• Revestimiento definitivo: 5,9%
• Estructura de concreto: 7,2%
• Equipamiento electromecánico: 2%
Las obras en los portales se estiman del orden de $1000 millones cada una, más o menos
$500 millones. Estas dependen de si se requiere anclar pantallas, además del perfilado y de
los canales colectores; de ser necesario en algún portal, se podrá requerir de un falso túnel;
además se sugieren obras antes de cada portal de entrada en cada túnel, para evacuar flujos
en caso de daños por sismo u otros eventos. Estas harán parte de las obras propias de las
conducciones y portales.
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U.N. de Colombia Geomecánica
Con base en estos costos y admitiendo que es posible alcanzar un costo directo más similar
al de las estimaciones presentadas por la empresa Ingeniería y Contratos Ltda., pues los otros
caen a valores que parecen resultar muy inferiores, se presentan dos escenarios, en la Tabla
3c.
Tabla 3b: Estimación aproximada del costo de inversiones complementarias para cubrir
algunos Ítems. Este costo adicional equivale a $4´070.00 por metro lineal de túnel.
Tabla 3c. Estimación de costos directos en dos escenarios: Alto y (Bajo). Los costos no
incluidos: imprevistos, diseño e interventoría, pueden estimarse en el 20% de los mayores
valores señalados.
Es evidente que el tiempo estimado para el Túnel Manizales demanda métodos más eficaces
para que pasen de 2 metros por día, a 5 metros por día. Así el tiempo de construcción se
reducirá notablemente. También se sugiere en todos los casos, adelantar la obra para este
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U.N. de Colombia Geomecánica
Para todos los túneles se hace necesario obtener, mediante perforaciones profundas, los
parámetros geomecánicos de las rocas. Esta información es fundamental para el diseño de
ademes y estructuras de soporte.
Túnel Manizales:
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U.N. de Colombia Geomecánica
Complementos y estrategias.
Los nombres de los túneles, tales como Manizales, … y los de los portales, que aluden al del
espacio vital de cada comunidad, deben responder a un propósito y a un motivo: los íconos
de la ciudad siempre están en otras partes no marginadas. Pero una obra cumbre de la
ingeniería local, como ésta, aunque esté en los extramuros, puede ser motivo de orgullo para
los moradores del lugar, si se le da el sentido adecuado, si se hace con el ambiente y la estética
amigables, y si se articula al imaginario colectivo mediante procesos educativos que le
permitan a los moradores vecinos su comprensión.
Con el proyecto, el río y la cañada ya no serán las cloacas, sino los espacios limpios que
podrán ser compartidos por masas humanas que pueden transformarse en verdaderas
comunidades “empoderadas” de su ambiente, siempre y cuando se les faciliten los procesos,
se les facilite el espacio público y se les complemente con los recursos que demandan. Y en
este caso para el equipamiento que alivie las enormes limitaciones de seguridad e
infraestructura, se puede hacer de las escombreras medios de soporte para obras como
pequeños polideportivos y rutas, para el bienestar, el esparcimiento, la integración y la
socialización, de las comunidades de Sierramorena y Estrada, urgidas de acceso hacia y desde
la vía a Neira, entre otras. Esto procedería también en el portal de salida sobre la
Panamericana.
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U.N. de Colombia Geomecánica
Tomando como ejemplo las obras que se observan en Villa Carmenza, y que sirven de paso
y para la recreación a los moradores del Barrio Nevado y El Paraíso, los residuos de las
excavaciones y obras de construcción complementarias, servirían para modelar el terreno de
Olivares, salvar este obstáculo y construir una ruta de paso y de recreación ambiental o
deportiva, en asocio con el municipio.
Finalmente, debe reiterarse que los dos túneles cortos que se proponen, hacen parte del
manejo ambiental del proyecto en sendos sectores con vulnerabilidades diferentes. Aún más,
el Túnel Manizales igualmente puede ser una obra de similar naturaleza, habida cuenta de las
diferencias entre los entornos geológicos de las dos laderas de la Ciudad. La morfología
mucho más abrupta de la Olivares en unidades litológicas similares, hace casi evidente que
en el ámbito del río Chinchiná, resulten mejor la estabilidad de las laderas para las
conducciones y mayor la oferta de predios para las plantas de tratamiento.
Agradecimientos
Este trabajo se hizo con el concurso de varias Instituciones y personas tanto para las labores
de campo como para las de oficina. En primera instancia a Aguas de Manizales y a
INGESAM a su equipo técnico y científico. También al Doctor Manuel García López.
Manizales, 2006.
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Geomecánica
Duque Escobar, Gonzalo y Carlos Enrique Escobar Potes (2016. Act 2023)
Universidad Nacional de Colombia, Manizales.
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Los Autores:
2022
Gonzalo Duque-Escobar: CvLAC -RG Carlos Enrique Escobar-Potes: CvLAC -RG
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