Bioingeniería aplicada en la estabilización de taludes en Guatemala
- Autores: Flor de Mayo Gonzalez Miranda
- Directores de la Tesis: Eduardo Garzón Garzón (dir. tes.), Juan Reca Cardeña (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Emilio Camacho Poyato (presid.), Juan Martínez López (secret.), Rafael López Luque (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnología de Invernaderos e Ingeniería Industrial y Ambiental por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
El trabajo de investigación de esta Memoria de Tesis Doctoral presenta los resultados de un estudio experimental realizado en las condiciones climáticas de Guatemala, con el objeto de, analizar el efecto de la planta Chrysopogon zizanioides sobre la estabilidad de un talud y evaluar, de este modo, su viabilidad como método, basado en la bioingeniería, de estabilización de taludes. El ensayo experimental consistió en la plantación en una parcela de un talud ubicado en la Universidad de San Carlos de Guatemala de cien plantas de Chrysopogon zizanioides, mientras que otra parcela de iguales características se dejó sin cultivar para que sirviera de tratamiento testigo. Se observaron los efectos de la planta comparando las principales variables hidrofísicas, mecánicas y químicas del talud tanto antes como después de la plantación. Para la caracterización del talud se realizaron los siguientes ensayos efectuados a las muestras de suelo tomadas de éste: difracción de rayos X, para estudio de las fases minerales presentes, pH, conductividad eléctrica, sales solubles, yeso, contenido en sulfatos, carbonato de calcio, materia orgánica y capacidad de intercambio catiónico, análisis termo gravimétrico, adsorción de gas nitrógeno, superficie específica y permeabilidad, análisis granulométrico con tamices y lavado previo, plasticidad (límites de Atterberg), ensayo de compresión triaxial y diagrama de Mohr, ensayo de consolidación y ensayos de Infiltración.
Según los resultados obtenidos, se trata de un suelo sin minerales hinchables de tipo montmorillonita, medianamente ácido, con ausencia de caliza y de salinidad despreciable. Con la plantación cambia a ligeramente ácido, mejorando la solubilidad del potasio y del manganeso. Mientras que los niveles de materia orgánica van de normal a muy alto, por lo que indica que se trata de un suelo muy fértil para el desarrollo de la planta.
En cuanto al tratamiento térmico, las pérdidas de peso por calentamiento a 1,000ºC resultan menores en la muestra con cultivo, y se registraron diferencias mínimas con el tratamiento a 500ºC. La superficie específica del suelo está entre 11.68-15.5 m2/g y con la plantación las diferencias son mínimas entre muestras naturales y tratadas a 500ºC.
El suelo en su estado natural tiene un tamaño de poro predominante entre 17.39 y 160 nm. Al calentar a 500ºC los poros aumentan de tamaño. Por otra parte, con la plantación de Chrysopogon zizanioides la mayor parte de los poros están entre 20 a 100 nm, al calentar aumenta la densidad de poros en ese rango. Esto hace que se convierta en prácticamente impermeable. Además, la superficie específica acumulada fue mayor en la fase de desorción y los valores registrados cuando se calienta a 500ºC fueron mucho más bajos. Estas diferencias tan sumamente bruscas desaparecen con el cultivo.
En cuanto a la granulometría predomina la arena con un 67.38%, frente a la arcilla con un 25.16%. El límite líquido es de 27.9 y el índice de plasticidad es de 7.9. Dichos datos permiten clasificar el suelo como arena limosa, mezclas de arena y limo (SM) o grava limosa, mezcla de grava, arena, limo (GM), según la clasificación unificada de Casagrande (UCC). La cohesión es de 2.05 Tm/m2 y el ángulo de rozamiento interno de 31.69º. Después de plantar Chrysopogon zizanioides se produce un incremento en el ángulo de rozamiento interno de 38.03 º y luego de 40.63 º, con una bajada en la cohesión de 1.29, 1.45 Tm/m2 y pasaría a ser no plástico. En cuanto a los resultados de consolidación con cultivo de Chrysopogon zizanioides, se sometió el cilindro de ensayo a tres escalones de carga, realizando la mediciones de deformación y de la raíz del tiempo, para obtener las curvas de consolidación, antes de aplicar un nuevo escalón de carga, se registró el valor final de deformación, se tomó en consideración la altura inicial y el peso seco de la muestra para hallar el valor de relación de vacíos, finalmente se encontró el tiempo de consolidación y los valores de asentamiento.
Referente a la Infiltración, la plantación de Chrysopogon zizanioides ha tenido efecto sobre las propiedades hidrofísicas del suelo, en particular sobre la permeabilidad y la infiltración como se ha podido comprobar con los resultados obtenidos.
Los datos experimentales de la infiltración fueron ajustados a los modelos de infiltración de Kostiakov-Lewis, Horton, Philips y Green y Ampt. Todos los modelos realizados funcionaron bien, ya que el coeficiente de determinación se acercó a la unidad. Los modelos empíricos simples superaron a otros más complejos al modelar la infiltración acumulada. Kostiakov produjo el mejor rendimiento para los suelos cubiertos con el modelo de Chrysopogon zizanioides, mientras que con el de Horton se obtuvo el mejor resultado para los suelos sin sembrar. Sin embargo, con el modelo de Green y Ampt se obtuvo la mejor tasa de infiltración para el suelo cultivado. La ecuación de Horton, aunque predijo bien la infiltración acumulada, fue peor en cuanto a la tasa de infiltración.
Estadísticamente la planta tuvo un efecto significativo sobre la infiltración del suelo. El suelo cubierto con Chrysopogon zizanioides registró una tasa de infiltración inicial más baja que el suelo sin cobertura, pero éste último tuvo la más baja de las tasas de infiltración a largo plazo, para un tiempo de aproximación al infinito. Se observó que la plantación de Chrysopogon zizanioides contribuyó a conservar mejor la capacidad de infiltración y la conductividad hidráulica del suelo que la parcela sin cultivo, lo que parece indicar que ayudó a preservar mejor su estructura y sus características hidrofísicas.
Los resultados de este estudio parecen indicar que la planta Chrysopogon zizanioides es efectiva para estabilizar taludes y prevenir la erosión causada por lluvias y que puede ser una alternativa basada en la Bioingeniería para estabilizar los taludes de un modo económico y respetuoso con el medioambiente. De acuerdo con todo lo anterior, es de interés plantear trabajos futuros y nuevos estudios que refuercen las conclusiones de este trabajo.
Palabras clave: Bioingeniería, estabilización de taludes, superficie específica, ángulo de rozamiento interno, infiltración
