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Universidad de La Salle Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 2021 Potencial de mallas tejidas en fibras de hoja de palma de vino Potencial de mallas tejidas en fibras de hoja de palma de vino (Attalea Butyracea) para la protección del suelo y el control de (Attalea Butyracea) para la protección del suelo y el control de erosión en taludes erosión en taludes Luisa Fernanda Carvajal Cajamarca Universidad de La Salle, Bogotá, lcarvajal38@unisalle.edu.co Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil Part of the Civil Engineering Commons Citación recomendada Citación recomendada Carvajal Cajamarca, L. F. (2021). Potencial de mallas tejidas en fibras de hoja de palma de vino (Attalea Butyracea) para la protección del suelo y el control de erosión en taludes. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/945 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. 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Alejandro Franco Rojas Universidad de La Salle Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Civil Bogotá D.C. 2021 3 Agradecimientos A la Universidad de La Salle y a cada uno de sus docentes por ser quienes posibilitaron mi formación académica y profesional. A mi familia que han sido mi apoyo durante todos estos años y mis padres que me han motivado a seguir adelante persiguiendo cada uno de mis sueños. A María Stella García por su sabiduría, amor desbordante e incondicional. A mi director el Ingeniero Alejandro Franco Rojas y el Ingeniero Edgar Alexander Padilla, infinitas gracias por su acompañamiento y profesionalismo para guiarme en cada etapa de este proceso de investigación. 4 Tabla de contenido 1. Resumen .............................................................................................................................. 10 1.1. Descripción del problema ................................................................................................ 11 1.1.1. Formulación del problema ...................................................................................... 13 2. Objetivos ............................................................................................................................. 14 2.1. Objetivo general .............................................................................................................. 14 2.2. Objetivos específicos ....................................................................................................... 14 3. Marco de referencia ............................................................................................................ 15 3.1. Marco teórico ................................................................................................................... 15 3.2. Marco conceptual ............................................................................................................ 25 3.3. Marco contextual ............................................................................................................. 27 3.4. Marco legal ...................................................................................................................... 29 4. Antecedentes ....................................................................................................................... 30 4.1. Contexto internacional ..................................................................................................... 30 4.2. Contexto nacional ............................................................................................................ 34 5. Desarrollo de la investigación ............................................................................................. 41 5.1. Metodología y materiales ................................................................................................ 41 5.1.1. Fase 1: Diagnóstico ................................................................................................. 41 5.1.2. Fase 2: Caracterización física ................................................................................. 48 5.1.3. Fase 3: Obtención del insumo ................................................................................. 49 5.1.4. Fase 4. Diseño constructivo de talud y sistema de drenaje ..................................... 52 5.1.5. Fase 5. Construcción e implementación ................................................................. 59 5.1.6. Fase 6. Evaluación en condiciones naturales .......................................................... 62 5.1.7. Fase 7. Divulgación e información del proyecto .................................................... 65 5.2. Resultados y análisis ........................................................................................................ 66 5.2.1. Análisis de entrevista .............................................................................................. 66 5.2.2. Sistematización de proceso de producción ............................................................. 68 5.2.3. Resultados de laboratorio ........................................................................................ 74 5.2.4. Modelo de SLIDE ................................................................................................... 80 5 5.2.5. Evaluación física ..................................................................................................... 81 5.2.6. Evaluación de alternativa ........................................................................................ 88 5.2.7. Ecuación universal de pérdida de suelo .................................................................. 99 5.2.8. Divulgación de información ................................................................................. 104 6. Conclusiones ..................................................................................................................... 107 7. Recomendaciones ............................................................................................................. 109 8. Referencias ........................................................................................................................ 111 9. Apéndice ........................................................................................................................... 117 9.1. Apéndice A. Datos históricos de precipitación .............................................................117 9.2. Apéndice B. Completación de datos faltantes ............................................................... 123 9.3. Apéndice C. Informes de Laboratorio ........................................................................... 127 9.4. Apéndice D. Características de la malla ........................................................................ 141 9.5. Apéndice E. Calendario de precipitaciones diarias ....................................................... 142 9.6. Apéndice F. Formato de Entrevista .............................................................................. 143 6 Lista de figuras Figura 1. Cárcavas producidas por la erosión en los suelos ......................................................... 12 Figura 2. Efecto “Splash” ............................................................................................................. 17 Figura 3. Mecanismo de erosión causada por la acción del agua de las lluvias ........................... 18 Figura 4. Presentación de común de TERM’s .............................................................................. 22 Figura 5. Clasificación de geotextiles para el control de erosión ................................................. 23 Figura 6. Palma de Vino (Attalea Butyracea) ............................................................................... 24 Figura 7. Distribución de Attalea Butyracea en Colombia (cosechar sin destruir) ...................... 24 Figura 8. Aplicaciones de A. Butyracea ...................................................................................... 25 Figura 9. Características de un talud y una ladera ........................................................................ 27 Figura 10. Mapa de localización municipio de Silvania ............................................................... 28 Figura 11. Aplicación Malla de fibra de Coco COCOMAT ......................................................... 31 Figura 12. Montaje experimental para evaluación de mallas ....................................................... 32 Figura 13. Técnica de control de erosión a partir de fibra de buchón de agua ............................. 33 Figura 14. Uso de sistemas según vegetación, velocidad y esfuerzo cortante en el suelo ............ 34 Figura 15. Valores de tensión de las ramas de Retamos según tiempo de secado y diámetro ..... 35 Figura 16. Ensayo de rotura para malla de retamo ....................................................................... 35 Figura 17. Modelo físico para simular la pérdida de suelo por erosión en taludes ...................... 36 Figura 18. Mantos de control en escenarios experimentales ........................................................ 37 Figura 19. Instalación de manto sintético y crecimiento de vegetación ....................................... 38 Figura 20. Aplicaciones de la Palma de vino (Palma rial) ............................................................ 38 Figura 21. Productos elaborados con la fibra de la palma real. .................................................... 39 Figura 22. Guías de reconocimiento y uso sostenible de palmas colombianas ............................ 40 Figura 23. Localización Vereda Subía-Silvania ........................................................................... 43 Figura 24. Localización de estaciones pluviométricas ................................................................ 44 Figura 25. Histograma de precipitación ........................................................................................ 45 Figura 26. Mapa de isoyetas ......................................................................................................... 47 Figura 27. Distribución de temperatura mensual en Silvania ....................................................... 47 Figura 28. Extracción de muestra inalterada................................................................................. 48 7 Figura 29. Localización Vereda San José, Melgar. ...................................................................... 49 Figura 30. Obtención de las hojas de palma ................................................................................. 50 Figura 31. Proceso de secado y almacenamiento .......................................................................... 51 Figura 32. Elaboración de la malla ............................................................................................... 52 Figura 33. Diseño de talud con parcelas ....................................................................................... 53 Figura 34. Coeficientes de ajuste de regresión según la región .................................................... 54 Figura 35. Curvas de Intensidad, Duración, Frecuencia. .............................................................. 55 Figura 36. Valores de coeficientes de escorrentía ........................................................................ 57 Figura 37. Capacidad de recipientes recolectores ......................................................................... 59 Figura 38. Adecuación geométrica del talud. .............................................................................. 60 Figura 39. Construcción de sistema de drenaje ............................................................................ 60 Figura 40. Sistema de drenaje y recolección ................................................................................ 61 Figura 41. Ubicación de la malla en la parcela ............................................................................. 61 Figura 42. Ubicación de Pluviómetro ........................................................................................... 62 Figura 43. Proceso de recolección de hojas .................................................................................. 69 Figura 44. Forficula auricularia .................................................................................................... 69 Figura 45. Trenzado de palma sin vena ........................................................................................ 70 Figura 46. Elaboración de malla ................................................................................................... 71 Figura 47. Diagrama de proceso de elaboración de malla ............................................................ 72 Figura 48. Especificaciones físicas de la malla tejida ................................................................... 72 Figura 49. Inspección manual de cada estrato .............................................................................. 73 Figura 50. Curva Granulométrica del estrato 1 ............................................................................. 75 Figura 51. Triangulo de textura USDA......................................................................................... 76 Figura 52. Gráfico de infiltración vs Textura ............................................................................... 78 Figura 53. Modelo de talud en SLIDE .......................................................................................... 80 Figura 54. Sistema de pérdida de suelo en talud a escala real ...................................................... 82 Figura 55. Gráfico de distribución de precipitaciones diarias ...................................................... 83 Figura 56. Gráfico de distribución de precipitaciones acumuladas 3 días y volúmenes de agua recolectados................................................................................................................................... 84 Figura 57. Gráfico de distribución de precipitaciones acumuladas 3 días y suelo desprendido ... 85 Figura 58. Condiciones iniciales de las parcelas de estudio ......................................................... 86 8 Figura 59. Condiciones finales en términos de coberturavegetal de cada parcela. ...................... 87 Figura 60. Distribución de pérdida de suelo en parcela con malla y sin malla ............................ 95 Figura 61. Gráfico de escorrentía en parcela con malla vs Precipitación .................................... 97 Figura 62. Gráfico de escorrentía en parcela sin malla vs Precipitación .................................... 97 Figura 63. Gráfico de pérdida de suelo en parcela con malla vs Precipitación ........................... 98 Figura 64. Gráfico de pérdida de suelo en parcela sin malla vs Precipitación ............................ 99 Figura 65. Infografía importancia de la cobertura vegetal .......................................................... 104 Figura 66. Infografía aprovechamiento de la Palma de Vino ..................................................... 105 Figura 67. Esquema metodológico para establecer los lineamientos del Plan de conservación, manejo y uso de A. butyracea en la región del Valle del Magdalena ......................................... 106 Figura 68. Infografía proceso de elaboración de mallas tejidas en palma de vino ..................... 106 Lista de tablas Tabla 1. Procesos de degradación de los suelos ........................................................................... 16 Tabla 2. Características de permeabilidad de acuerdo con la textura del suelo ............................ 19 Tabla 3. Clasificación de la erosión para Colombia ..................................................................... 20 Tabla 4. Normatividad aplicable al proyecto ................................................................................ 29 Tabla 5. Estaciones climáticas cercanas ....................................................................................... 44 Tabla 6. Histórico de precipitaciones máximas. ........................................................................... 46 Tabla 7. Geometría del talud ......................................................................................................... 53 Tabla 8. Valores de curvas IDF de acuerdo con la región (R1) .................................................... 55 Tabla 9. Productos comercializados ............................................................................................. 66 Tabla 10. Características de la muestra de suelo .......................................................................... 74 Tabla 11. Distribución granulométrica. ........................................................................................ 76 Tabla 12. Clasificación de %MO .................................................................................................. 77 Tabla 13. Coeficientes de permeabilidad teóricos ........................................................................ 79 Tabla 14. Clases de permeabilidad ............................................................................................... 79 Tabla 15. Clases de permeabilidad de suelos................................................................................ 79 Tabla 16. Clasificación de valores de IE ...................................................................................... 81 Tabla 17. Valores de precipitaciones ............................................................................................ 83 9 Tabla 18. Resultados de los porcentajes de escorrentía e infiltración para cada talud ................. 88 Tabla 19. Clasificación de escorrentía .......................................................................................... 89 Tabla 20. Reducción de la pérdida de suelo entre ambos taludes naturales. ................................ 89 Tabla 21. Valores resumen de escorrentía, pérdida de suelo e infiltración .................................. 90 Tabla 22. Duraciones de precipitación .......................................................................................... 92 Tabla 23. Duraciones de precipitación y % de escorrentía .......................................................... 93 Tabla 24. Clasificación de escorrentía .......................................................................................... 93 Tabla 25. Clasificación de escorrentía / intensidad ..................................................................... 94 Tabla 26. Clasificación número de curva ..................................................................................... 96 Tabla 27. Valores de IMF mensuales. ........................................................................................ 100 Tabla 28. Clasificación de IMF para Latinoamérica .................................................................. 100 Tabla 29. Clasificación de erosividad ......................................................................................... 101 Tabla 30. Parámetros para el cálculo del factor K ...................................................................... 101 Tabla 31. Clasificación de los grados de erodabilidad según USDA (1962).............................. 102 Tabla 32. Valor de factores de ecuación USLE .......................................................................... 103 10 1. Resumen En Colombia el área degradada por erosión es de 45.377.070 ha, lo que representa un 40% de su superficie, de la cual el 20% se encuentra en un grado de erosión ligera, el 17% en grado de erosión moderada y el 3% en grado de erosión severa y muy severa” (IDEAM-UDCA, 2015), amplificando riesgos hidrogeológicos como deslizamientos de tierra o inundaciones, provocando así pérdidas socioeconómicas importantes. Al ser una amenaza latente en nuestro país se resulta pertinente el desarrollo de la siguiente investigación; la evaluación de la alternativa para la protección de erosión del suelo a partir de la implementación y evaluación física de mallas naturales tejidas de fibras de hojas de palma de vino. Se realizó un seguimiento en campo durante 66 días a dos parcelas de 2.1 x 2.1 m, una protegida con malla y otra sin malla, las dos con pendiente de 93.25%, localizadas en la Vereda Subía, en el municipio de Silvania, Cundinamarca. Se realizaron ensayos de caracterización del suelo de la zona obteniendo un limo de alta plasticidad con un alto contenido de materia orgánica y evaluando periódicamente variables como precipitación diaria (mm), recolección de suelo desprendido (g) y volumen de agua recolectado (cm3). Se obtuvo una malla con una abertura de 37.38 +/- 8.13 mm que redujo la erosión pluvial en un 43.25% respecto a la parcela evaluada sin ninguna práctica de conservación, así como una reducción en la escorrentía superficial del 97% se encontró una mayor retención de humedad y mayor crecimiento de vegetación. Para evaluar el potencial del uso de esta materia prima en la producción de mallas se desarrollaron estrategias didácticas tendientes a sistematizar el proceso de recolección, transporte y preparación de las hojas de palma siguiendo las metas estipuladas por la CAR para el manejo y cuidado de la especie de palma empleada. Palabras Claves: Control de erosión, agromantos, palma de vino, estabilidad de taludes. 11 1.1. Descripción del problema El suelo es un recurso no renovable, fundamental para la vida en la tierra, un elemento base cuando se refiere a la calidad de vida, seguridad y desarrollo socioeconómico de poblaciones. Según la Organización de las Naciones Unidas para la alimentación y la agricultura (FAO, 2017), hacen falta más de 1000 años para que se forme 1 centímetro de suelo. La erosión de este recurso como lo menciona (Suarez D, 2011) se define como la pérdida físico-mecánica por acción de diferentes factores que desprenden, arrastran y depositan los materiales, es uno de los procesos que más daño le ha causado al medio ambiente tropical a causa de malos manejos, de deforestación indiscriminada y de agentes naturalesexternos, este proceso en la mayoría de los casos no es posible evidenciarlo, sin embargo, al pasar el tiempo el daño es irreversible, repercutiendo en el ciclo hídrico, en la salud de los ecosistemas y disminuyendo la captación de los gases de efecto invernadero (Agrosavia, 2020) así que la urgencia de mitigar la perdida de suelo se hace latente cada día en Colombia. A nivel mundial, en las últimas 4 décadas se registra erosión en aproximadamente una tercera parte del suelo; según estudios realizados por el (IDEAM & UDCA, 2015) el 40 % de la superficie continental e insular de Colombia es afectada por la erosión, de esta área afectada el 20% se presenta como erosión ligera, el 17% erosión moderada, el 3% erosión severa y el 0.2% erosión muy severa (irreversible), siendo la erosión laminar la más recurrente. Entre los departamentos que presentan más del 70% de erosión del suelo se encuentra: El Cesar con 81,9%, Córdoba con 80,9% y Cundinamarca 80,3% (IDEAM, 2017). La erosión laminar es el resultado de la energía producida por el agua al precipitarse sobre el terreno y fluir sobre la superficie, este proceso es de clase dominante en el país y afecta a 32’678.635 hectáreas (28.6%). Este proceso se presenta en taludes que pueden ser de origen 12 natural (laderas) o artificial en donde ha existido intervención humana en pro del desarrollo, de infraestructura, por ejemplo cortes de carretera para el trazado de vías y entre sus consecuencias principales se encuentran la destrucción de la cobertura vegetal, los climas secos, el terraceo sin planificación constructiva ni conservación, prácticas humanas inadecuadas, fenómenos metereológicos, excesivo laboreo (IDEAM & UDCA, 2015) e intervención y modificación en taludes por obras de ingeniería. Figura 1. Cárcavas producidas por la erosión en los suelos Fuente: (Tormo et al., 2009) Conforme se degradan los suelos, a causa de la acción del agua, los taludes quedan expuestos y vulnerables, forman cárcavas que hacen perder su firmeza y agarre, reduciendo su capacidad fértil e impidiendo la proliferación de vegetación como se muestra en la Figura 1 ya que sus raíces refuerzan y anclan el suelo aumentando su resistencia al corte y disminuyendo su desprendimiento. La erosión de los suelos disminuye la capacidad de producir alimentos, conduce a la degradación de los ecosistemas puesto que los minerales y nutrientes del suelo se depositan en otros lugares, afecta el suministro de agua y la calidad del recurso hídrico, daña infraestructuras civiles que aportan servicios vitales a las poblaciones, taponan redes de drenaje, colmatan embalses, amplifica el riesgo hidrogeológico como deslizamientos de tierra o 13 inundaciones y contribuye a la pobreza, puesto que la migración en comunidades se atribuye en gran parte a cambios de las condiciones climáticas y la erosión es un efecto de ello (FAO, 2019). 1.1.1. Formulación del problema Bajo el contexto anterior existe la necesidad de plantear una solución para estas implicaciones, controles antes, durante y después de las intervenciones mencionadas a los taludes, basados en un sistema confiable y seguro que permita la regeneración de la capa vegetal en los taludes y/o laderas, combatiendo así la inestabilidad, degradación del suelo y la reducción del uso de materiales sintéticos y, a partir de ahí la posibilidad de divulgar información acerca de la importancia ecológica y servicios ecosistémicos que brinda la Palma de vino y el aprovechamiento sostenible que se le puede dar; de este modo nace la siguiente pregunta de investigación: ¿Se pueden implementar nuevas prácticas sostenibles y eficientes en la protección de erosión pluvial en taludes a partir de mallas naturales elaboradas con hoja de palma de vino (Attalea Butyracea)? 14 2. Objetivos 2.1. Objetivo general • Evaluar el potencial de una malla tejida en fibras de hoja de palma de vino para su implementación en la protección del suelo y reducción de la erosión en taludes. 2.2. Objetivos específicos • Sistematizar el proceso de elaboración de las mallas de fibra de palma de vino utilizadas en la protección del suelo y reducción de la erosión en taludes. • Determinar la capacidad de la malla tejida en fibras de hoja de palma de vino para control de la erosión en taludes, en condiciones naturales de precipitación y humedad. • Diseñar estrategias de divulgación sobre el uso y valor tradicional de las palmas de vino, tanto por los beneficios económicos como por los servicios ambientales que brindan. 15 3. Marco de referencia En el presente apartado se detalla las principales consideraciones en las cuales se sustentará de manera teórica, contextual y legal el siguiente proyecto de investigación. 3.1. Marco teórico Erosión del suelo La erosión es el conjunto de procesos en la superficie de la corteza terrestre que producen pérdida física del suelo en grado variable. Dicho proceso puede ocurrir de varias maneras, naturalmente cuando se manifiestan las fuerzas de la gravedad en zonas montañosas o cuando el suelo queda expuesto a la acción del agua o del viento. Sin embargo, el hombre es el agente causal de mayor importancia en la erosión de suelos puesto que, a través de sus actividades, incide directamente en las coberturas vegetales, cambia la dinámica hídrica o la modifica drásticamente (IDEAM - U.D.C.A., 2015). En general, existen dos tipos de erosión: la hídrica y la eólica (IDEAM & UDCA, 2015) La erosión hídrica es causada por la acción del agua (lluvia, ríos y mares), en las zonas de ladera, cuando el suelo está desnudo (sin cobertura vegetal). En estos casos las gotas de lluvia o el riego, ayudadas por la fuerza gravitacional, arrastran las partículas formando zanjas o cárcavas, e incluso causando movimientos en masa en los cuales se desplaza un gran volumen de suelo. La erosión eólica es causada por el viento que levanta y transporta las partículas del suelo, produciendo acumulaciones (dunas o médanos) y torbellinos de polvo. 16 Tabla 1. Procesos de degradación de los suelos Fuente: (Suarez D, 2011) Procesos erosivos causados por la acción del agua lluvia Efecto” Splash” El efecto que inicia el proceso erosivo es el efecto “splash” o salpicado Figura 2, este produce una ruptura de agregados que rellenan pozos existentes en el suelo y conducen al transporte de material disgregado (Ojea et al., 2019). Tipo de erosión Característica Por viento El movimiento del viento ejerce fuerzas de fricción y levantamiento sobre las partículas de suelo, desprendiéndolas transportándolas y depositándolas Por gotas de lluvía Cuando las gotas de agua impactan el suelo desnudo pueden soltar y mover las partículas a distancias realmente sorprendentes Laminar Las corrientes superficiales de agua pueden producir el desprendimiento de las capas más superficiales de suelo en un sistema de erosión por capas En surcos La concentración del flujo en pequeños canales o rugosidades hace que se profundicen estos pequeños canales formando una serie de surcos generalmente semiparalelos Por afloramiento de agua El agua subterránea al aflorar a la superficie puede desprender las partículas de suelos subsuperficial formando cárcavas o cavernas Interna El flujo de agua a través del suelo puede transportar partículas formando cavernas internas dentro de la tierra En Cárcavas Los surcos pueden profundizarse formando canales profundos o la concentración en un sitio determinado de una corriente de agua importante puede generar canales largos y profundos llamados cárcavas En cauces de agua (erosión lateral y profundización) La fuerza tractiva del agua en las corrientes y ríos produce ampliación lateral de los cauces profundización y dinámica general de la corriente Por oleaje Las fuerzas de las olas al ascender y descender por una superficiede suelo producen el desprendimiento y el transporte de partículas (deslizamientos) El término erosión o remoción en masa se relaciona a movimientos de masas importantes de suelo conocido con el nombre genérico de deslizamientos. Entre ellos se indican los siguientes: • Reptación • Flujos de tierra • Avalanchas En masa 17 Figura 2. Efecto “Splash” Fuente: (Ojea et al., 2019) Ruptura de agregados y sellado de suelos A partir de la ruptura de los agregados causados por el impacto de las gotas de lluvia en el terreno, ocurre entonces la formación de “costras” en la superficie que provoca el sellaje del suelo dificultando la infiltración del agua y, como consecuencia, aumenta el esparcimiento superficial y la pérdida de suelo (Ojea et al., 2019) también menciona que la infiltración ocurre con más rapidez en los agregados de granulometría mayor. Esparcimiento superficial Este proceso ocurre luego de la disgregación de partículas y posterior saturación de suelo. Consiste en la trayectoria del agua y la capacidad de transporte por medio de la fuerza hidráulica del flujo. Dependiendo de dicha fuerza se tienen dos tipos de erosión: laminar causada por la intensidad de las gotas de la lluvia, resultando en remoción progresiva del suelo presente en la superficie del terreno y linear en forma de canales, causada por las líneas de flujo de ese esparcimiento. El proceso de erosión puede ser aún más rápido en caso de taludes con alta pendiente (mayor a 34°) (Ojea et al., 2019). 18 Figura 3. Mecanismo de erosión causada por la acción del agua de las lluvias Fuente: (Ojea et al., 2019) Infiltración La infiltración establece la cantidad de agua que penetra en el suelo, la que va a escurrir por el terreno y la posterior erosión. La infiltración del suelo depende de su textura, es decir de la proporción de cada uno de los componentes del suelo que son arena, limo y arcilla. Además, depende de otros factores como presencia de materia orgánica, condiciones de laboreo y cultivos anteriores (Demin, 2014) El patrón de infiltración difiere en función de diferentes texturas de suelo. En suelos arenosos el agua se mueve mayormente en profundidad y en menor proporción hacia los laterales. Por el contrario, en suelos arcillosos el agua se mueve en mayor medida hacia los laterales y en menor medida en profundidad (Demin, 2014) 19 Tabla 2. Características de permeabilidad de acuerdo con la textura del suelo Fuente: USDA Ecuación universal de perdida de suelo - USLE Desarrollada por (W. H. Wischmeier & Smith, 1960) este modelo paramétrico permite la evaluación de las pérdidas de suelo, incluyendo tanto la erosión laminar como la erosión en surcos mediante la ecuación 𝐴 = 𝑅 ∗ 𝐾 ∗ 𝑆 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶 ∗ 𝑃 (1) Donde: R = factor lluvia es el número del índice de erosión pluvial, en el período considerado y mide la fuerza erosiva de una lluvia determinada; (MJ ha-1 mm ha-1 año-1). K = factor erosionabilidad de suelo es el valor de la erosión por unidad de índice de erosión pluvial, para un suelo determinado, con una pendiente del 9% y una longitud de declive de 22.1 m. (ton h/MJ.mm). 20 L = factor longitud de la ladera es la relación entre la pérdida de suelo para una longitud determinada y la pérdida en una longitud de 22.1 m del mismo tipo de suelo (adimensional). S = factor pendiente es la relación entre las pérdidas para una pendiente determinada y las pérdidas para una pendiente del 9% del mismo tipo de suelo (adimensional). C = factor cultivo y ordenación, la relación entre las pérdidas de suelo en un terreno cultivado en condiciones específicas y las pérdidas correspondientes para ese suelo sin cultivo (adimensional). P = factor prácticas de conservación del suelo, la relación entre las pérdidas de suelo con cultivo a nivel, en fajas y en terrazas y las pérdidas de suelo correspondientes a un cultivo en surcos según la pendiente. Cuando no se aplican prácticas de conservación el factor P es igual a (adimensional). A = es la pérdida de suelo por unidad de superficie que se obtiene por el producto de los factores mencionados anteriormente (Ton ha-1 año). De acuerdo con el valor de A la erosión en Colombia Pérez, 2001 clasifica la erosión en cinco categorías como se indica a continuación: Tabla 3. Clasificación de la erosión para Colombia Fuente: (Perez, 2001) 21 Alternativas de control de erosión y revestimiento Las obras de revestimiento de taludes tienen como finalidad proteger o modificar la superficie de taludes con el fin de reducir y mitigar la erosión y deslizamiento superficiales, teniendo también la función de recuperar su aspecto ambiental por medio de recubrimiento vegetal, las principales técnicas utilizadas son el uso de geotextiles, terraceo e hidrosiembra. La importancia de la vegetación es tal, que cuando es escasa, cada gota de lluvia golpea la superficie del suelo directamente desprendiéndolo y ocasionando arrastre y posterior perdida, siendo procesos más visibles en terrenos con pendientes altas, además de ocasionar que el suelo pierda nutrientes y sea infértil. Geotextiles Las principales aplicaciones para los diferentes tipos de geotextiles para el control de erosión son: • Protección de Taludes. El uso de mantos en taludes genera una protección y un refuerzo adecuado del suelo, dependiendo de las características geométricas de los taludes a proteger, generando un buen establecimiento de la vegetación (PAVCO, 2012). • Revestimiento de Canales. En lugares donde se esperan altas velocidades de agua y esfuerzos cortantes, el uso de mantos permanentes genera un sistema de revestimiento hidráulico funcional, ambientalmente superior, debido a que retiene sedimentos, permite la recarga de acuíferos y disminuye la escorrentía (PAVCO, 2012). Se dividen inicialmente en dos tipos, los temporales y permanentes 22 - Geotextiles temporales (TERMS) Son materiales total o parcialmente degradables que proporcionan control temporal de la erosión, o funcionan el tiempo suficiente para facilitar el crecimiento de la vegetación. Los productos naturales son completamente degradables, mientras que los productos poliméricos lo son parcialmente. Al final de la vida útil del manto se espera que la vegetación se encuentre totalmente establecida y pueda resistir por sí sola los eventos hidrológicos y climáticos que generan erosión en el suelo. (Caicedo & Ardila, 2017) Figura 4. Presentación de común de TERM’s Fuente: (Range, 2009) - Geotextiles permanentes (PERMS) Son mantos conformados por fibras sintéticas no degradables, filamentos o mallas procesadas a través de una matriz tridimensional, con estabilización UV y resistentes a los químicos que habitan en el ambiente natural del suelo. Este tipo de mantos se instalan donde la vegetación natural, por sí sola, no es suficiente para resistir las condiciones de flujo y no provee la protección suficiente para la erosión a largo plazo. (Wavin, n.d.) 23 Figura 5. Clasificación de geotextiles para el control de erosión Fuente: (Ojea et al., 2019) Palma de vino (Attalea Butyracea) Es una palma corpulenta, de tallo hasta de 25 m de alto y 70 cm de diámetro, de color café-grisáceo claro con hojas de entre de 6 a 12 m de largo. En Colombia la especie se encuentra en categoría de preocupación menor (LC) y a lo largo y ancho del territorio se expande, atravesando diversas culturas. Esta palma posee diversos nombres en diferentes regiones del País, de acuerdo con Bernal (2015). o “Corozo de marrano” en Tolima y Valle del Cauca “Coroza” en Valle del Magdalena, “Palma de vino” en el Cesar, Magdalena, Urabá, Río Magdalena, “Palma real o rial” en Caquetá, Casanare, Córdoba y Cundinamarca. 24 Figura 6. Palma de Vino (Attalea Butyracea) Distribución geográfica La palma en estudio es abundante entodas las zonas secas del Caribe, el valle alto y bajo del Magdalena y la cuenca alta del Río Cauca, la cuenca del Zulia y los Llanos Orientales, alcanzando diversas zonas húmedas como en la Amazonía; Crece en bosques y en sitos abiertos de 0 a 1000msnm y a menudo es dispersada por el ganado regenerándose fácilmente en los potreros hasta considerarse en ocasiones una maleza, (Bernal et al 2010). Figura 7. Distribución de Attalea Butyracea en Colombia (cosechar sin destruir) Fuente: (Bernal et al 2010) 25 Usos y aplicaciones Extraordinariamente útil para Colombia se han documentado 36 usos diferentes (Bernal et al. 2010). Las hojas se usan para techar y son el material de techado más importante de vastas áreas a lo largo del Río Guaviare. En los alrededores de Honda y Melgar (Tolima) se tumban las palmas para obtener la savia, también es común encontrar aplicaciones de arquitectura vernácula, múltiples artesanías entre cestrería, sombrería, enseres y un amplio uso medicinal. Figura 8. Aplicaciones de A. Butyracea 3.2. Marco conceptual Suelo: El suelo es un componente fundamental del ambiente, natural y finito, constituido por minerales, aire, agua, materia orgánica, macro y microorganismos que desempeñan procesos permanentes de tipo biótico y abiótico, cumpliendo funciones vitales para la sociedad y el planeta (MADS, 2015). Servicios ecosistémicos del suelo: La provisión de alimentos, agua, madera, fibras y recursos genéticos, esenciales para la población humana, la industria y la ciencia. La regulación del clima, las inundaciones, las pestes y enfermedades y la oferta y calidad del agua. Los 26 servicios culturales tales como recreación y valores estéticos y espirituales o religiosos. Los servicios de soporte, tales como la formación de suelos y la polinización, entre otros. (IDEAM & UDCA, 2015). Erosión: La erosión comprende el desprendimiento, transporte y posterior depósito de materiales de suelo o roca por la acción de la fuerza de fricción de un fluido en movimiento, generalmente agua o viento. Las partículas son erosionadas cuando las fuerzas de tracción, levantamiento y abrasión exceden las fuerzas de gravedad, cohesión y fricción, que tratan de mantener las partículas en su sitio (Suárez, 2001). Infiltración: El agua de la lluvia al caer sobre el suelo trata de infiltrarse, desplazando el agua existente hacia abajo por macro poros, formando una especie de onda de presión de agua dentro del suelo, la cual produce un frente húmedo de infiltración. Al inicio de la lluvia la totalidad de la precipitación se infiltra humedeciendo el suelo. (Suarez, 2001). Etnobotánica: La etnobotánica estudia las relaciones entre las plantas y los hombres. Estas relaciones se han dado desde que el hombre utilizó los vegetales para satisfacer sus necesidades vitales, bien sea como alimento, para producir energía, para cobija, en la vivienda, como ornamento y para procurar su salud (Pardo, 2002). Buscando del mismo modo, contribuir al uso sustentable de los recursos naturales asociados a esta actividad y cuantificarlos e inventariarlos es un primer paso para lograr este propósito. Talud: De acuerdo con Suarez, 1998 un talud o ladera es una masa de tierra que no es plana, sino que posee pendiente o cambios de altura significativos. Por otra parte, se define como ladera cuando su conformación actual tuvo como origen un proceso natural y talud cuando se conformó artificialmente. 27 Figura 9. Características de un talud y una ladera a) Talud artificial b) Ladera natural Fuente. (Suárez Díaz, 1998) Factor de seguridad: La estabilidad de un talud comúnmente se define en términos de un Factor de Seguridad que se obtiene de un análisis matemático, este factor se define como la relación entre la resistencia al corte admisible y el esfuerzo cortante en equilibrio, es el valor numérico que cuantifica la diferencia entre las condiciones reales que presenta el talud y las condiciones que llevan a su rotura. El Factor de Seguridad es representado con la expresión 𝐹𝑆 = 𝐹𝑅 𝐹𝐴 (2) Donde Fr = Fuerzas resistentes y Fa= Fuerzas actuantes 3.3. Marco contextual La presente investigación se desarrolla en dos zonas de objeto de estudio. La zona 1 corresponde a la vereda San José en el municipio de Melgar, a una elevación de 350 msnm en donde se realizó la recolección de las hojas de palma. La zona 2 se localiza en el municipio de Silvania, donde se implementaron las dos parcelas de estudio de erosión. El municipio de Silvania se encuentra en el sur del departamento de Cundinamarca, a 46 km de Bogotá por el 28 principal eje vial “Vía Panamericana” que atraviesa de norte a sur el municipio. Limita con los municipios de Granada, Viotá, Tibacuy, Fusagasugá y Sibaté. Su eje económico es principalmente la agricultura, café, mora y tomate de árbol son los principales productos de comercialización. Por su parte, la vereda Subia se encuentra a una distancia por vía terrestre de la zona urbana de Silvania a 11 km. Su área corresponde a un 14.87% de la extensión total del municipio. Posee una precipitación media mensual de 109.5 mm y temperaturas medias que oscilan entre 14° C Y 25° C, con elevaciones por encima de los 1900 msnm. Figura 10. Mapa de localización municipio de Silvania Fuente: (Castillo, 2017) 29 3.4. Marco legal A continuación, se registran las normas legales que se consideran en el desarrollo del trabajo. Tabla 4. Normatividad aplicable al proyecto Norma o Ley Concepto Acuerdo 38 del Ministerio de Agricultura 10 de septiembre de 1973 El aprovechamiento de los productos derivados de las palmas silvestres colombianas está regido de manera general por el Estatuto de Flora Silvestre promulgado por el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente. Decreto 2811 del 18 de diciembre de 1974 El ambiente es patrimonio común. El Estado y los particulares deben participar en su preservación y manejo. Decreto 1791 del 4 de octubre de1996 del Ministerio de Medio Ambiente Por medio del cual se establece el régimen de aprovechamiento forestal. Resolución 0727 del 19 de julio de 2010 de Corpoamazonia Se regulan las actividades respecto al uso, manejo, aprovechamiento y conservación de los bosques y la flora silvestre, con el fin de lograr su desarrollo sostenible. Resolución 0170 del 2009 del Ministerio de Medio Ambiente Se declara el año de los suelos y el 17 de junio como Día Nacional de los Suelos. Se adoptan medidas para la conservación y protección de los suelos en el territorio nacional. 30 Ley 461 del 4 de agosto de 1998 Incorporación de Colombia en Lucha contra la Desertificación y la Sequía (UNCCD). Decreto 2811 de 1974, Ministerio de Medio Ambiente Se establecen normas sobre la tierra y los suelos, el suelo agrícola, de los usos no agrícolas de las tierras, del uso y conservación de los suelos, de los distritos de conservación de suelos y de las facultades de la administración. 4. Antecedentes A continuación, se recopilan diferentes referencias previas de investigación alrededor de la alternativa de protección de erosión en taludes bajo el contexto nacional e internacional, así como el estado de arte sobre estudios de la especie Attalea Butyracea en Colombia. 4.1. Contexto internacional Existe una amplia información documentada acerca de la protección de taludes con geomallas biodegradables que pueden ser de origen animal (lana, seda, pelos) o vegetal (algodón, fique, coco) utilizados en la revegetación de taludes, revestimiento de canales, cortes en carretera, agricultura, etc. (PAVCO, 2012). Las mallas de fibra de coco y fique son las más conocidas en el mercado de las geomallas, estas se comercializan por rollos, (Hidrosiembra Chile, 2020)diferenciando dos tipos: los mantos tejidos que son formados por hiladas entrecruzadas y los mantos no tejidos, los dos prometen conservar la humedad de suelo. En la figura 11 se puede observar el campo de aplicación de estas mallas, donde se muestra la relación además con temas de urbanismo. 31 Figura 11. Aplicación Malla de fibra de Coco COCOMAT Fuente: (Hidrosiembra Chile, 2020) A escala internacional (Midha & Suresh Kumar, 2013) en India realizaron un estudio para evaluar el desempeño de geotextiles de fibra de coco “cocomat” en experimentos a escala de laboratorio y simuladores de lluvia (Figura 12), posteriormente comparar en taludes reforzados con este producto y desnudos en pendientes de 30° y 40° utilizando tres diseños de mallas de coco con diferentes tamaños de abertura, el suelo de estudio se pasó a través de un tamiz 4mm logrando una distribución uniforme de tamaño de los agregados. La comparación mostró que todos los diseños de cocomat son efectivos para reducir la erosión del suelo a 30º, mientras que, a 40º uno de los diseños no superó el valor umbral. 32 Figura 12. Montaje experimental para evaluación de mallas Fuente: (Midha & Suresh Kumar, 2013) Un estudio similar se realizó en Tailandia por la institución asiática de Tecnología, bajo la dirección de (Artidteang et al., 2015) en este caso fabricando mallas a partir de fibras naturales de buchón de agua (Eichhornia crassipes), con aberturas de 8x8mm y 12x12mm. Se llevó a cabo pruebas en campo en taludes con pendientes de 1 V: 1.5H y mediante el uso artificial de precipitaciones se crearon intensidades de 120mm/h de lluvia valor que normalmente se produce en el país de estudio, dicha simulación se hizo a través de una serie de bombas y nueve aspersores de lluvia. 33 Se recolectó el suelo desprendido en contenedores. Se realizó una comparación en 5 terraplenes, en dos de esos con recubrimiento de pasto ruzi, una sin ninguna aplicación y otras dos sin recubrimiento, pero con malla como se ve en la Figura 13. Finalmente se obtuvo que la superficie cubierta con esta malla redujo el impacto de las gotas de lluvia sobre la tierra y actuando como barrera entre la lluvia y el suelo retrasó el desarrollo de escorrentía y disminuyó la erosión en un 70%. Figura 13. Técnica de control de erosión a partir de fibra de buchón de agua Fuente:(Artidteang et al., 2015) El manual de diseño de Geosintéticos publicado por (PAVCO, 2012) y (PAVCO, 2006) líderes en fabricación de soluciones para la estabilidad y control de erosión en taludes, recomiendan la implementación de estos sistemas de protección biodegradables en taludes con pendientes menores a 45°, velocidades del flujo de agua de entre 1.5 y 1.8 m/seg y esfuerzos cortantes hasta de 96 N/m2, para condiciones más críticas (Figura 14) suelen utilizar geotextiles permanentes , geocolchones, flexocreto, bolsacreto, entre otros. 34 Figura 14. Uso de sistemas según vegetación, velocidad y esfuerzo cortante en el suelo Fuente: (PAVCO, 2006) 4.2. Contexto nacional En investigaciones recientes desarrolladas en la Universidad de La Salle, se evaluaron diferentes propiedades físico-mecánicas de retamo espinoso dónde se encontró que sus ramas pueden llegar a ser mucho más resistentes a la tensión que las raíces de otras especies de plantas, (Mora, 2017). Al analizar el cambio de resistencia en función del diámetro de las ramas y el tiempo de exposición a la humedad, se encontró mayor resistencia en especímenes de menor diámetro, según se puede observar en la Figura 15, aunque con una significativa perdida de resistencia, hasta del 50%, al ser expuestas a la humedad. 35 Figura 15. Valores de tensión de las ramas de Retamos según tiempo de secado y diámetro Fuente: (Mora, 2017) Posteriormente (Ortiz, 2019) fabricó mallas de retamo espinoso y evaluó mediante ensayos de laboratorio Figura 16 su resistencia a la tracción y su capacidad de protección del suelo, utilizando para ello modelos a escala protegidos con una malla tejida con fibras de Retamo Espinoso (Ulex Europaeus), incluyendo un sistema de riego, un talud inclinado y un sistema de recolección de escorrentía como se ve en la Figura 17. Figura 16. Ensayo de rotura para malla de retamo a) Malla de retamo espinoso de 2 x 2 cm b) Falla de malla en máquina universal Fuente: (Ortiz, 2019) 36 Cabe resaltar que en esta última investigación las mallas se fabricaron con trenzas elaboradas a partir de la corteza de la planta, alcanzando una eficiencia en retención de suelo superior al 75%, demostrando su potencial para proteger la estructura del suelo ante la erosión hídrica. La resistencia a la tensión oscila entre 3,5 y 6,29kN/m2, superando la resistencia de las geomallas comerciales a base de fique, para las cuales se reporta un valor de hasta 2,60kN/m2, resultando las mallas de 2 x 2cm de orificio las más apropiadas para protección de taludes por cuanto arrojaron la mayor eficiencia, expresada como el cociente resistencia/peso de biomasa. Figura 17. Modelo físico para simular la pérdida de suelo por erosión en taludes Fuente: (Ortiz, 2019) En investigaciones de la Universidad Católica (Caicedo & Ardila, 2017) identificaron beneficios en el uso de mantos de control de erosión temporal en 3 escenarios experimentales a escala: taludes con pendientes de 45° (Figura 18) y sistema de riego individual, se obtuvo resultados de pérdida de suelo y fallas estructurales, finalmente se pudo observar las 37 implicaciones del uso de dicha solución, pues se encontró que en donde si se colocaba, se logró una revegetalización y una menor pérdida de suelo en comparación con el modelo desnudo. Figura 18. Mantos de control en escenarios experimentales Fuente: (Caicedo & Ardila, 2017) En investigaciones de la Fundación Universitaria Tecnológico Comfenalco, en Cartagena (Díaz & Valdemar, 2015), se planteó una metodología en la cual se evaluaron parámetros de crecimiento y cobertura de un modelo de talud a escala donde se ensayaron tres tipos de mantos sintéticos: uno temporal de tejido abierto (Biotex) y dos permanentes de resistencia variable (Terratrac TRM 15 y Terratrac TRM 50), se compararon teniendo en cuenta como variable de respuesta el porcentaje de cobertura (%) alcanzada por la especie sembrada (Brachiaria decumbens) y el crecimiento semanal (mm/día) de los especímenes, evaluando también la incidencia de dos abonos empleados: compost y lombricomposta en el crecimiento de la vegetación, siendo este último el menos eficiente. En términos generales, el proyecto permitió concluir que los mantos sintéticos temporales de tejido abierto (Biotex), permiten una mejor respuesta frente al tiempo de germinación, crecimiento y cobertura de especies vegetales y que claramente contribuyen al control de erosión del suelo en taludes. 38 Figura 19. Instalación de manto sintético y crecimiento de vegetación Fuente:(Díaz & Valdemar, 2015) La materia prima para esta aplicación corresponde a la palma de vino (Attalea Butyracea), para la cual (Bernal et al., 2010) reporta más de 36 usos en Colombia, agrupados en ocho categorías de uso: alimentación humana (9), alimentación animal (2), construcción (4), tecnología (13), medicina (3), cosméticos (1), cultural (3) y ornamental (1). En total para la región del Alto Magdalena, se reconocen 11 usos para A. Butyracea, de los cuales el más común es para techar, seguido de obtención de la sabia fermentada para preparar vino artesanal. Figura 20. Aplicaciones de la Palma de vino (Palma rial) 39 Para la cosecha de hojas expandidas para el techado de casas, Bernal & Galeano (2010) mencionan que se prefieren palmas adultas que tengan numerosas hojas. Usualmente se asciende a la corona de las palmas con algún tipo de escalera y se cortan con machete todas las hojasverdes, dejando solo los cogollos; La cosecha se hace preferiblemente en menguante; de cada palma se cosechan entre 14 y 30 hojas las cuales se emplean para artesanías, manillas, calzado, sobreros, decoración para el hogar entre otros Figura 21. Productos elaborados con la fibra de la palma real. Fuente: (Cocomá, 2010) En el marco de jurisdicción de la CAR, (Olivares & Galeano, 2013) compararon la producción de hojas y el efecto de su aprovechamiento frente a su crecimiento y desarrollo en el municipio de Nilo, Cundinamarca, bajo dos sistemas de uso del suelo: un área de reserva protectora y un área de potreros, encontrándose que la producción de hojas en individuos juveniles y subadultos estuvo correlacionada con el número de hojas expandidas, recomendando cosechar aquellas hojas que tengan tallo mayor a 3 m y más de 25 hojas expandidas. 40 Las siguientes portadas dan muestra de la investigación de palmas colombianas y particularmente de A. Butyracea, incluso se puede observar el Plan de Conservación y Manejo de la Palma bajo la Jurisdicción CAR (CAR, 2020) en dónde exponen las diferentes metas relacionadas con planes de cuidado, divulgación y distribución sostenible para este ejemplar. Figura 22. Guías de reconocimiento y uso sostenible de palmas colombianas Fuente: CAR Para dar cumplimiento a estrategias planteadas para el cuidado, conservación y divulgación la CAR realizó la inclusión de los cinco (5) ejes temáticos establecidos dentro de la Estrategia Nacional de Conservación de Plantas (ENCP), los cuales comprenden: • Instrumentos institucionales y gestión para la conservación • Uso y manejo de la especie • Conservación in situ y ex situ • Investigación y monitoreo • Educación y divulgación de la importancia de la especie Attalea Butyracea Dentro de cada eje temático la CAR plantea las siguientes metas en plazos de entre 1 y 6 años en su Plan de Manejo y conservación: 41 Meta 1, la Palma real o de vino y su importancia ecológica y económica se encuentra posicionada entre los habitantes y demás sectores de la sociedad en el área de influencia de la jurisdicción CAR. Meta 2, La palma real o de vino, forma parte de los sistemas productivos de la jurisdicción CAR y se encuentran articuladas al desarrollo cultural y socioeconómico de la región. Meta 3, la palma real o de vino es considerada una especie potencial para la industria y requiere estudios de domesticación como estrategia para su uso y conservación. En las metas mencionadas se exponen diversas estrategias y actividades propuestas para el cumplimiento, conocimiento de los usos y formas de aprovechamiento sostenible de la palma, investigación aplicada sobre el potencial de la especie como proveedora de diversos productos. 5. Desarrollo de la investigación A continuación, se detalla el proceso llevado a cabo para el desarrollo de la investigación, este se divide en metodología, materiales, resultados, análisis y posibles recomendaciones para darle continuidad a futuras investigaciones del semillero GEOCAUCES. 5.1. Metodología y materiales El proceso para el desarrollo de la investigación consiste en seis fases, 1. Diagnóstico, 2. Caracterización física de la zona, 3. Obtención del insumo, 4. Diseño constructivo del talud y sistema de drenaje, 5. Construcción e implementación, 6. Evaluación en condiciones naturales y 7. Divulgación de información. 5.1.1. Fase 1: Diagnóstico En esta primera fase se consultó información primaria y secundaria en artículos, revistas, investigaciones previas, de dos importantes parámetros: propuestas basadas en la protección de 42 erosión del suelo y manejo y obtención de la materia prima Attalea Butyracea. Se realizó entrevistas a pobladores de la zona de recolección de la palma con el fin de conocer los materiales y métodos que emplean dentro el proceso productivo y contexto de manejo ambiental de la especie. Las preguntas se presentan a continuación 1. ¿Hace cuánto trabaja con la palma de vino? 2. ¿Con qué otros nombres conocen este tipo de Palma? 3. ¿En qué otros lugares tienen conocimiento del crecimiento de esta palma? 4. ¿Qué aplicaciones le da a la palma de vino? 5. ¿Quién le enseño dichas aplicaciones? 6. ¿Quiénes son sus clientes potenciales? 7. ¿Cuánto cobra por cada trabajo 8. ¿Vive usted sólo de dichas actividades o alguna otra? 9. ¿Conoce alguna organización artesanal de esta palma? (ejemplo: asopalguamo) 10. ¿Qué tanto se debe desplazar para encontrar esta materia prima? (tiempo, distancia) 11. ¿Nos puede explicar sobre el proceso para la manipulación de la hoja de palma de vino? 12. ¿Qué herramientas emplea para este proceso? 13. ¿Cada cuánto tiempo se puede realizar la cosecha de estas hojas?, ¿Cuánto se demoran en crecer nuevamente? 14. ¿Al realizar estos procedimientos genera algún tipo de residuo o un impacto ambiental? La entrevista fue realizada a 5 personas de la vereda San José, del municipio de Melgar Tolima, que comercializan productos derivados de la palma. 43 5.1.1.1. Descripción de la zona de estudio El talud en donde se implementó la propuesta protección del suelo se encuentra en la vereda de Subía al norte del municipio de Silvania, específicamente en La Finca Varsovia, a una altura de 1966msnm, y en las siguientes coordenadas geográficas Latitud 4°28'9.59"N y Longitud 74°22'22.48"E Figura 23. La ubicación corresponde a una finca dedicada a la agricultura, específicamente al cultivo de maíz, aguacate y mora, su relieve presenta una topografía variable de pendientes hasta del 100%. Figura 23. Localización Vereda Subía-Silvania 5.1.1.2. Características climáticas de la zona Se procesaron los registros pluviométricos suministraos por la Corporación Autónoma Regional (CAR) para conocer la precipitación media, precipitación máxima diaria e intensidad de lluvia de la zona para realizar el diseño de los drenajes, teniendo en cuenta la época de lluvia para la exposición de la malla. 44 5.1.1.2.1. Precipitación media A partir del catálogo de estaciones proporcionado por la CAR se seleccionaron las unidades pluviométricas y pluviográficas que cumplieran con un porcentaje de datos faltantes menor a 10% en un histórico de 27 años para el cálculo de la precipitación media mensual de la zona, de esta forma en un radio mínimo de 12 km, tres estaciones cumplen en cada caso. Figura 24. Localización de estaciones pluviométricas Tabla 5. Estaciones climáticas cercanas Para el cálculo de la precipitación media y la obtención del histograma de precipitación se realizó la metodología de promedios y se completaron los datos faltantes de las estaciones: Codigo Estación Nombre Estación Tipo de Estación Fecha de Inicio Fecha Instalación Fecha Suspensión Distancia 2120182 PEÑAS BLANCAS PG 1991 2019 Feb 2/01/1988 - 10.39 km 2120634 PARAISO PERDIDO CO 1991 2018 Dic 12/01/1987 - 9.57 km 2120184 LAG DEL INDIO PM 1991 2019 Feb 4/01/1989 - 11.48 km Fecha Finalización 45 Laguna del indio (2120184), Peñas Blancas (2120182) y Paraíso perdido (2120634), proporcionados por la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca y se contó con un periodo común entre estaciones de datos históricos de 27 años. Completando datos faltantes y cumpliendo con una correlación entre estaciones mayor a 0,5, el resultado es una precipitación media mensual de 109.5 mm y un histograma de precipitación que indica un régimen bimodal con periodos de altas lluvias de marzo a mayo y octubre a noviembre, siendo julio el mes más seco del año con precipitaciones medias menores a 60 mm. Figura 25. Histograma de precipitación 5.1.1.2.2. Precipitación máxima Para el cálculo de intensidad de lluvia fue necesario conocer la precipitación máxima anual histórica en 24h. Para este caso se analizó un periodo desde 1991 hasta 2019 en 6 estaciones cercanas a la zona, calculandolos máximos promedios anuales para cada estación como se muestra a continuación, donde se descartaron para el cálculo los datos más bajos. Los Pmedia: 109.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 P re ci p it ac ió n ( m m ) 46 datos azules corresponden a datos muy bajos respecto a los demás y no se tuvieron en cuenta en el promedio, como en la metodología planteada en el Manual de drenaje para carreteras (INVIAS, 2009) Tabla 6. Histórico de precipitaciones máximas. Se realizó el mismo procedimiento para las demás estaciones y el resultado de cada promedio de los máximos se ingresó al software ArcGIS para realizar un mapa de Isoyetas donde se obtuvo una precipitación máxima anual histórica de cercana a la zona de estudio 62 mm. AÑO P mm AÑO P mm AÑO P mm 1991 62 1991 37 1991 55 1992 52 1992 11 1992 65 1993 55 1993 26 1993 50 1994 58 1994 19 1994 42 1995 61 1995 10 1995 32 1996 57 1996 7 1996 15 1997 44 1997 29 1997 21 1998 45 1998 24 1998 19 1999 54 1999 29 1999 46 2000 44 2000 34 2000 56 2001 77 2001 39 2001 79 2002 74 2002 27 2002 68 2003 70 2003 34 2003 70 2004 51 2004 71 2004 91 2005 66 2005 27 2005 84 2006 63 2006 32 2006 73 2007 50 2007 32 2007 68 2008 76 2008 30 2008 67 2009 53 2009 30 2009 100 2010 59 2010 50 2010 123 2011 49 2011 82 2011 83 2012 42 2012 30 2012 80 2013 67 2013 49 2013 81 2014 72 2014 25 2014 105 2015 40 2015 27 2015 119 2016 63 2016 35 2016 86 2017 78 2017 39 2017 85 2018 51 2018 36 2018 64 2019 30 2019 30 N° Datos 28 N° Datos 25 N° Datos 26 Media 58.32 Media 35.72 Media 72.81 Desviación típica 11.17 Desviación típica 14.24 Desviación típica 24.36 Coeficiente de asimetría 0.22 Coeficiente de asimetría 2.14 Coeficiente de asimetría 0.04 P máx. anual histórica en 24 horas ESTACIÓN : 2120182 P máx. anual histórica en 24 horas ESTACIÓN : 2120634 P máx. anual histórica en 24 horas ESTACIÓN : 2120184 47 Figura 26. Mapa de isoyetas 5.1.1.2.3. Temperatura media Durante el transcurso del año, la temperatura generalmente varía de 14 °C a 25 °C y rara vez baja a menos de 12 °C o sube a más de 28 °C. Figura 27. Distribución de temperatura mensual en Silvania Fuente: (Weatherspark, 2021) 48 5.1.2. Fase 2: Caracterización física Se tomó una muestra inalterada del suelo de estudio en la Finca Varsovia. De acuerdo con la norma INV E-104, fue necesario descapotar 30 cm de material donde se encontraban vegetación, raíces y humus, procurando en el proceso conservar la humedad natural de la muestra hasta su respectivo transporte al laboratorio. Se obtuvo un espécimen de 30x30x30 cm con dos estratos representativos y simultáneamente se realizaron exámenes de caracterización visual. Figura 28. Extracción de muestra inalterada 5.1.2.1. Ensayos de laboratorio Para la caracterización de la muestra del suelo se llevó a cabo ensayos de laboratorios en la Universidad de la Salle siguiendo las siguientes especificaciones: • INV E-122 Contenido de humedad • INV E – 121 Contenido orgánico mediante pérdida por ignición • INV E – 123 Tamaños de las partículas de los suelos • INV E – 125 Determinación del límite líquido de los suelos • INV E – 126 Límite plástico e índice de plasticidad • INV E – 128 Determinación de la gravedad especifica 49 • INV E – 154 Corte directo en condición consolidada drenada 5.1.2.2. Modelo en SLIDE Con la caracterización de la muestra de suelo de estudio y la geometría de diseño del talud se procedió a modelar en el software SLIDE 2 V 0.6 con el fin de conocer el estado del talud en estudio en términos de estabilidad a partir del valor del factor de seguridad por los métodos de equilibrio límite según Fellenius, Bishop y Jambú. 5.1.3. Fase 3: Obtención del insumo Esta etapa consistió particularmente en la recolección y proceso de producción de una malla tejida de un área de 2x2 m con hojas de palma de vino. 5.1.3.1. Proceso de recolección de materia prima Al consultar las fuentes se encontró que la palma se distribuía en la zona limítrofe del departamento de Cundinamarca y Tolima, específicamente en la Vereda San José entre los municipios de Nilo y Melgar en donde sus hojas son utilizadas principalmente para la elaboración de artesanías y techado de quioscos. Figura 29. Localización Vereda San José, Melgar. Nota: La línea amarilla indica el corredor de la ruta nacional 40 y la línea azul el río Sumapáz. Fuente: Google Earth 50 5.1.3.2. Cosecha de hojas Para la producción de la malla se seleccionó la elaboración a través de las hojas de la palma, específicamente de sus foliolos. El operador quien se ofreció a dirigirse a la zona donde las palmas se encontraban informó que contaba con experiencia para retirar las hojas procurando el menor daño a la especie, posteriormente fue necesario ascender a través del tallo como se ve en la Figura 30 (a) y con un ayuda de un machete se cortaron 10 hojas de tres ejemplares diferentes. 5.1.3.3. Transporte de hojas Las palmas que se seleccionaron se situaban frente al río Sumapaz, las personas que realizaron la extracción atravesaron el rio con ayuda de flotadores y debido a la época del año el cauce se encontraba con un nivel bajo resultando sencillo llevar las hojas hasta la otra orilla del río y posteriormente se trasladaron las hojas hasta la Vereda de Subia Silvania. Figura 30. Obtención de las hojas de palma (a) Transporte de hojas por río (b) Trasporte de hojas vía terrestre 51 5.1.3.4. Secado y almacenamiento Fue necesario dejar las hojas a la intemperie Figura 31 (a) para conseguir que se secaran por completo, se separó los foliolos del raquis de la hoja Figura 31 (b) y posteriormente se almacenó en una habitación seca. Figura 31 (c). Figura 31. Proceso de secado y almacenamiento (a) Exposición de hojas al sol (b) corte de foliolos (c) almacenamiento 5.1.3.5. Remojo y trenzado Por pequeñas tandas se remojaron los foliolos para facilitar su manejabilidad. Se trenzaron alrededor de 200 m de palma que se almacenaron por rollos en un cuarto hasta finalizar la cantidad requerida (a) y (b). 5.1.3.6. Proceso de enmallado Tras el proceso de trenzado, se continúa formando el área deseada para la trenza en este caso de 2x2 m en un tejido tipo estera, es decir trenzas que pasan una sobre la otra entre sí reforzadas en los nodos para evitar el movimiento de las tiras. Finalmente, la malla quedó lista para ubicarla en el talud a diseñar. 52 Figura 32. Elaboración de la malla (a) cocción de foliolos (c) almacenamiento de trenza (a) Entrelazado de trenzas (b) refuerzo de nodos 5.1.4. Fase 4. Diseño constructivo de talud y sistema de drenaje La presente fase consistió en la realización de los diseños preliminares para la construcción del sistema de drenaje y adecuación geométrica del talud a escala real. 5.1.4.1. Diseño del talud natural El diseño del talud de estudio contempla los requisitos técnicos de pendientes de diseño mínimas y máximas de entre 33° y 45° para la técnica de protección de suelo contra la erosión pluvial a partir de mallas naturales. El área de estudio consistió en dos parcelas de 2m x 2m, y bordes libres de 5 cm con una pendiente 43°, una de las parcelas fue protegida con la malla natural mientras que la siguiente parcela se dejó sin protección, esto con el propósito de evaluar 53 la capacidad física de la malla para disminuir la pérdida de suelo, su aporte en la recuperación de la cobertura vegetal y su efecto sobre la retención de escorrentía y posterior infiltración. Figura 33. Diseño de talud con parcelas Para evitar el ingreso de escorrentía desde áreas vecinas, la fuga de agua hacia estas o el paso de escorrentía de una parcela hacia otra, fue necesario delimitar el perímetro de cada parcela mediante zanjas o canales.Finalmente se plantearon las siguientes dimensiones del talud, el cual se dividió en dos para conformar cada parcela. Tabla 7. Geometría del talud Ancho (W) 4.2 m Cuerpo (C) 2.1 m Altura (A) 1.43 m 43 ° 93.25% Pendiente 54 5.1.4.2. Diseño de zanja de coronación Por medio del mapa de isoyetas para precipitaciones máximas anuales históricas, se obtiene la precipitación máxima anual promedio que corresponde a 62 mm. El periodo de retorno de altos eventos depende del tipo de obra a ejecutar, en este caso se desea construir una cuneta tipo zanja de coronación ubicada en la parte superior del talud diseñado anteriormente. Por medio de la ecuación (3) se procede a calcular los valores para los diferentes periodos de retorno y duración de la lluvia y se obtienen el gráfico de curvas IDF. 𝑖 = 𝑎∗ 𝑇𝑏∗𝑀𝑑 ( 𝑡 60 )𝑐 (3) Donde i: Intensidad de precipitación en milímetros por hora (mm/h) T: Periodo de retorno en años M: Precipitación máxima promedio anual en 24 h a nivel multianual t: Duración de la lluvia, en minutos (min) a, b, c, d. Parámetros de ajuste de regresión de acuerdo con la región Figura 34. Coeficientes de ajuste de regresión según la región. Fuente: (INVIAS, 2009) 55 Se presenta en la siguiente tabla los valores de la ecuación (3) para diferentes duraciones de lluvia y periodos de retorno de eventos. Tabla 8. Valores de curvas IDF de acuerdo con la región (R1) t (min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P E R ÍO D O D E R E T O R N O ( A ñ o s) 2 488 309 236 196 169 150 135 124 114 107 100 95 90 86 82 78 75 72 70 68 5 576 364 279 231 199 176 159 146 135 126 118 112 106 101 96 92 89 85 82 80 10 652 413 316 261 225 200 181 165 153 143 134 127 120 114 109 105 101 97 93 90 20 739 468 358 296 255 226 205 187 173 162 152 143 136 129 124 119 114 110 106 102 50 871 551 422 349 301 267 241 221 204 191 179 169 160 153 146 140 134 129 125 121 100 987 625 478 395 341 303 273 250 232 216 203 191 182 173 165 158 152 147 141 137 La siguiente gráfica muestra las curvas IDF en diferentes periodos de retorno. Figura 35. Curvas de Intensidad, Duración, Frecuencia. Periodo de retorno de diseño= 5 años 0 200 400 600 800 1000 1200 0 5 10 15 20 In te n si d ad (m m /h ) t (min) 2 años 5 años 10 años 20 años 50 años 100 años 56 Se seleccionó un periodo de retorno de 5 años de acuerdo con el tipo de obra (INVIAS, 2013) para la cuneta y una duración de lluvia de 10 minutos, finalmente se obtuvo una intensidad de lluvia de 126 mm/h. 𝑖 = 0.94 ∗ 50.18 ∗ 620.83 ( 10 60) 0.66 = 126 𝑚𝑚/ℎ Posteriormente se diseñó el drenaje superficial tipo zanja de coronación en la parte superior del talud para evitar la escorrentía de material proveniente del área aferente y se buscó evacuarlo por fuera de cada parcela de estudio. Se aplicó el método racional para determinar el caudal de diseño de la zanja de coronación de acuerdo con la ecuación (4). 𝑄 = 𝐶𝑖𝐴 (4) En dónde: Q: Caudal de diseño / aporte C: Coeficiente de escorrentía i: Intensidad de lluvia A: Área aferente El área aferente es la zona afectada por la lluvia en la parte exterior-superior del talud de diseño, esta área corresponde a 8.0 m2, es decir 4.0 m de ancho por 2 m de largo y de acuerdo con la cobertura vegetal de dicha área aferente que corresponde a pastos y vegetación ligera, las condiciones de permeabilidad y el pendiente promedio presentada mayor a 50% se seleccionó un coeficiente de escorrentía de 0,55 de acuerdo con Ramírez, 2003. 57 Figura 36. Valores de coeficientes de escorrentía Fuente: Ramírez, 2003 Seguidamente, con la intensidad de lluvia calculada en m/s se obtuvo el caudal de diseño con un valor de 0.154 l/s. 𝐼 = 125.95 𝑚𝑚 ℎ ∗ 1ℎ 3600𝑠 ∗ 1𝑚 1000𝑚𝑚 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟑𝟓 𝐦 𝐬 𝑄 = 0.55 ∗ 0.000035 m s ∗ 8m2 = 0.000154 m3 s ∗ 1000 = 𝟎. 𝟏𝟓𝟒 𝒍 𝒔 Para la zanja de coronación se propuso una tubería con un corte transversal para simular un canal. Se realizó un prediseño inicial de dimensión del tubo de PVC (n=0.009) de D= 3” (0.0762 m) de diámetro y un corte transversal para una lámina máxima de agua “Y” de 6mm y se obtuvo los siguientes valores con las ecuaciones geométricas para canales circulares. 𝜃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 𝑐𝑜𝑠 −1 (1 − 2𝑦 𝐷 ) = 2.183 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 (𝐴) = 1 4 (𝜃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 − 1 2 sin 2𝜃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟) 𝐷 2 = 0.00385𝑚2 58 𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 (𝑃) = 𝜃𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟𝐷 = 0.1664 𝑚 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜 = 𝐴 𝑃 = 0.0232 Con los datos geométricos de la sección y una pendiente longitudinal de drenaje propuesta para evitar el estancamiento de 1% se calculó la capacidad de a partir de la ecuación de Manning un caudal de 3.47 l/s como se muestra a continuación. 𝑄𝑚 = 1 𝑛 ∗ 𝐴 ∗ 𝑅 2 3 ∗ 𝑆1/2 (5) 𝑄𝑚 = 1 0.009 ∗ 0.00385 ∗ 0.0232 2 3 ∗ 0.01 1 2 = 0.00347 m 𝑠 3 = 𝟑. 𝟒𝟕 𝐥 𝐬 Se observa que el caudal del canal circular es mayor al caudal de aporte obtenido a partir del método racional con una velocidad mayor a 0.5m/s para prevenir el estancamiento. 𝑉 = 𝑄 𝐴 = 0.00347 m 𝑠 3 0.00385 𝑚2 = 𝟎. 𝟗𝟐𝟕 𝐦 𝐬 5.1.4.3. Diseño de sistema de drenaje Cada parcela del talud se diseñó con un sistema de drenaje independiente, elaborado con canales circulares de 3 pulgadas de diámetro en donde se determinó recolectar la pérdida de suelo hasta conducir a unos tanques de almacenamiento. 5.1.4.4. Capacidad de recipiente recolector A partir de la precipitación máxima anual histórica registrada en 24 h se calcula la capacidad máxima del recipiente recolector, teniendo en cuenta el periodo de toma de datos asignado, y tomando un área individual de cada parcela de 2.1x2.1 m. 59 Considerando que 1mm= 1 litro por cada metro cuadrado se calcula la capacidad del recipiente en caso de tener un día con la precipitación máxima y se multiplica por el coeficiente de escorrentía del terreno que por estar descapotado corresponde a 0.7, de este modo, se obtiene una capacidad de 191.4 litros recomendada para el recipiente que va a recibir el suelo y lluvia escurrida para cada parcela. Figura 37. Capacidad de recipientes recolectores 5.1.5. Fase 5. Construcción e implementación De acuerdo con el diseño elaborado para cada variable, se procedió a implementarlo en el terreno natural, inicialmente adecuando el talud con su sistema de drenaje independiente para cada parcela y con la colocación de la malla de 2.0 m x 2.0 m. 5.1.5.1. Construcción del talud natural El terreno contaba con pendientes variables de entre 90 al 100%, con vegetación ligera en la mayor parte de su superficie, se procedió inicialmente a demarcar con estacas un área de 2.1x4.2 m para luego limpiar la zona y descapotar manualmente retirando raíces con ayuda de un azadón y una escobilla para retirar el material sobrante. 60 Figura 38. Adecuación geométrica del talud. (a) Talud con vegetación (b) Talud descapotado Posteriormente se validó la geometría del talud, obteniendo un terreno de pendiente uniforme de 43° y una altura de 1.44m. 5.1.5.2. Construcción de sistema de drenaje Se realizó la zanja de coronación en la parte superior para ubicar el canal circular el cual se obtuvo a partir de una tubería de PVC de diámetro del 3” con un corte transversal hecho con ayuda de una sierra eléctrica, además de unirlo a unos codos para la conducción del agua por fuera de la parcela. Este sistema tenía un desnivel de 1cm por cada metro lineal. Figura 39. Construcción de sistema de drenaje 61 Para la ubicación de los recipientes recolectares se excavó un hueco para ubicarlos bajo tierra para permitir la entrada de la tubería al tanque, aproximadamente retirando 50 cm de suelo. Figura
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