Análisis de estabilidad de taludes mediante modelación 3D con vegetación considerando su variación temporal

Abstract

La estabilidad de taludes dentro de la ingeniería civil ha llevado a la búsqueda de soluciones que minimicen la amenaza ante la falla, con lo cual se han desarrollado diversas alternativas como: muros de contención, soil nailing, mallas, pantallas, concreto lanzado; sin embargo, dado el impacto y costo de estas soluciones en los últimos años se han buscado opciones como las técnicas de bioingeniería, que incluyen la vegetación como un elemento que aporta a la estabilidad de un talud, mediante el reforzamiento mecánico. En este trabajo se presenta la evaluación de estabilidad en 3D mediante SCOOPS 3D una herramienta de libre acceso del Servicio geológico de estados unidos (USGS), que permite evaluar la estabilidad por el método de Bishop con un DEM, para un área de estudio de 0,44 km2 en el municipio de Apia departamento de Risaralda. Se recopilan los efectos hidrológicos y mecánicos de la vegetación sobre los taludes, considerando las ventajas y las desventajas estimadas, porque la interacción suelo-raíces es compleja dado que intervienen muchas variables, como el tipo de suelo, la humedad, la composición mineral, el diámetro, la densidad e inclinación de las raíces, las condiciones climatológicas y el mantenimiento en el tiempo de la especie. Dados los antecedentes, se evaluó principalmente el aporte de resistencia al suelo debido al crecimiento homogéneo de dos especies vegetales; una arbustiva (Café) y la otra herbácea (pasto vetiver), lo anterior se realizó para diferentes periodos de tiempo. De acuerdo con las investigaciones previas, se considera que el sistema radicular proporciona anclaje, a través de la transferencia del esfuerzo cortante en el suelo debido a la resistencia a la tensión de las raíces; lo que se traduce en un aumento en la cohesión. Este parámetro autores como Norris et al, 2008; lo denominan cohesión aparente (CR) y es una característica aumenta en función del tiempo, por lo cual se considera influyente en la capa superficial del suelo, lo que puede reducir la ocurrencia de deslizamiento superficiales. En total para la modelación se consideraron cuatro escenarios de crecimiento para el pasto vetiver (Vetiveria Zinazoides), para dos (2) meses, cuatro (4) meses, seis (6) meses y un año; mientras que para el café (Coffea Arabica) se evaluaron dos escenarios para edades de 6 meses y un año, los resultados muestran un incremento de los factores de seguridad en algunos sectores comparados con el escenario sin vegetación. Lo que permite concluir que la vegetación por medio de sus raíces si puede tener efectos positivos en la estabilidad de laderas, aunque estos cambios no se consideren una solución definitiva puede ser una solución preventiva o complementaria a alternativas como terraceo, mantos contra erosión o geotextiles en sectores donde por sus características se prevé el desarrollo de movimientos en masa. (Texto tomado de la fuente).

Slope stability in civil engineering has led to the search for solutions that minimize the threat of failure, with which various alternatives have been developed such as: retaining walls, soil nailing, meshes, screens, and shotcrete; however, given the impact and cost of these solutions in recent years, options such as bioengineering techniques have been sought, which include vegetation as an element that contributes to the stability of a slope, through mechanical reinforcement. This work presents the 3D stability evaluation using SCOOPS 3D, a freely available tool of the United States Geological Survey (USGS), which allows to evaluation stability by Bishop's method with a DEM, for a sector of 0.44 km2 in Apia in Risaralda department. The hydrological and mechanical effects of vegetation on slopes are compiled, considering the estimated advantages and disadvantages, because the soil-root interaction is complex given that many variables are involved, such as soil type, humidity, mineral composition, diameter, density and inclination of the roots, climatic conditions, and the maintenance of the species over time. Given this background, the contribution of resistance to the soil due to the homogeneous growth of two plant species, a shrub (coffee) and the other herbaceous (vetiver grass), was evaluated for different periods of time. According to previous research, it is considered that the root system provides anchorage, through the transfer of shear stress in the soil due to the tensile strength of the roots, which become to an increase in cohesion. This parameter is called enhanced cohesion (RC) by authors such as Norris et al, 2008, and this characteristic increases as a function of time, so it is considered influential in the surface layer of the soil, which can reduce the occurrence of surface slides. A total of four growth scenarios were considered for the modeling of vetiver grass (Vetiveria Zinazoides), for two (2) months, four (4) months, six (6) months and one year; while for coffee (Coffea Arabica) two scenarios were evaluated for ages of 6 months and one year, the results show an increase in the safety factors in some sectors compared to the scenario without vegetation. This leads to the conclusion that vegetation through its roots can have positive effects on slope stability, although these changes are not considered a definitive solution, they can be a preventive or complementary solution to alternatives such as terracing, erosion control blankets or geotextiles in sectors where, due to their characteristics, the development of mass movements is foreseen.