Autores: Juan Pablo Ospina Dussan / David Jesús Felibert Álvarez
1. Presentación
Estudios y Asesorías Ambientales de Colombia – ESIMCO, es una empresa de capital colombiano, compuesta por un equipo profesional de altas calidades académicas y comprobada experiencia en el sector público y privado, que le apuesta al medio ambiente como un factor de competitividad. ESIMCO desarrolló en el año 2013 una investigación tendiente a reconocer sustancias asociadas al control del polvo y de la erosión en vías. Como resultado de esta investigación, ESIMCO evidenció las oportunidades de comercializar copolimeros para el control del polvo y de la erosión y se hizo representante exclusivo de uno de los fabricantes de grandes y reconocidos de los Estados Unidos.
EP&A ENVIROTAC, INC., es la empresa LIDER en Norteamérica en el desarrollo de productos y soluciones para el control de la erosión, la estabilización de suelos y control del polvo. Con más de 30 años en el mercado, EP&A ha consolidado la experiencia necesaria para brindar soluciones costo-eficientes que den respuesta a los problemas de inestabilidad de la vías destapadas y al polvo generado en las mismas. Con esta Alianza Estratégica ESIMCO – EP&A, se está en la capacidad de brindar soluciones a mediano y largo plazo, para el control de la erosión, la estabilización de suelos y el control del polvo.
2. Objetivo del estudio
Identificar la Efectividad de los Co-polímeros Acrílicos para el Control de la Erosión Originada por Escurrimiento Hídrico en Laderas.
3. Marco teórico
ESIMCO da alcance a problemas de inestabilidad de suelos y de polvo generado en taludes y áreas conformadas en suelos destapados, a través de la aplicación de una mezcla patentada de polímeros o co-polímeros de cadena larga en base acrílica, diseñados para brindar durabilidad a suelos destapados.
Las moléculas del polímero forman estructuras reticulares fuertemente entrelazadas entre sí; y cuando la solución se mezcla con el suelo, el polímero recubre la superficie de las partículas, facilitando la compactación y formando lazos entre los iones libres de las mismas. Las características de la solución aplicada son las siguientes:
4. Antecedentes de la investigación
La erosión eólica e hídrica genera problemas en canales y taludes toda vez que generan cárcavas y arrastres de material que debilitan y producen fayas estructurales que no solo las estropean, sino que también, aumentan la periodicidad y costos de los mantenimientos, disminuyen el tiempo de vida útil de las estructuras, arrastran material que debe ser reemplazado y taponan los cursos naturales del agua. Dado lo anterior se evidenció la necesidad de reconocer el impacto positivo o negativo de la aplicaron de copolimeros acrílicos en este tipo de estructuras, para el control de la erosión.
5. Aspectos metodológicos
A continuación se describen las generalidades metodológicas del estudio:
• Las pruebas de simulación de escurrimiento se realizaron con una corriente de agua conducida hacia una superficie de suelo compactado lo suficientemente rápido como para inducir un caudal sobre el suelo.
• El suelo fue compactado en una caja de pruebas con una pendiente de 2H:1V.
• El escurrimiento fue recogido y analizado según volumen, peso de sedimentos y turbiedad.
• La efectividad del EVIROTAC II fue evaluada ensayando muestras de suelo tratadas y no tratadas.
• Para simular la efectividad potencial del EVIROTAC II en los suelos generalmente hallados por el Departamento de Transporte de Alaska (AKDOT), se preparó una muestra de prueba en el laboratorio HWA para la gradación promedio de los datos de los suelos de Alaska proporcionados por AKDOT.
• El material promedio de los suelos de Alaska consta de: 40% de Grava, 46% de Arena y 14% de Finos, y clasifica como SM.
• Mezclando dos materiales fácilmente disponibles, grava triturada (CSBC) y finos del foso de lavado donde se hizo el CSBC, preparamos un material de prueba consistente en 46.6% de Grava, 37% de Arena y 16.4% de Finos, similar al suelo promedio de Alaska.
• Suelos de Alaska no Tratados: Compactados al 95% con Densidad Proctor Máxima al Valor Óptimo de Humedad. Densidad Seco 132.1 pcf @ 7.3% MC.
• Suelos de Alaska Tratados: Compactados para que coincidan con la densidad in-situ del suelo no tratado, después de aplicarse ENVIROTAC II líquido sin diluir con 2% de contenido de sólidos. Se agregó agua para facilitar la compactación. Además, se aplicó tratamiento tópico de ENVIROTAC II a razón de 1 gal/25 pie2 (1.63L7m2) a la superficie compactada del suelo.
• El tiempo de secado de los suelos tratados se limitó a 3 días.
5.1 Propiedades de las muestras
A continuación se describen las características de las muestras de los suelos tratados y no tratados:
Suelo no Tratado:
• Suelo Seco 29.3 lbs
• Agua 2.14 lbs
• Volumen= 0.222 pies3
• Densidad Húmedo= 141.6 pcf (pounds per cubic feet)
• Densidad Seco= 132 pcf (pounds per cubic feet)
MC = 7.3% (moisture content)
Suelo Tratado con ENVIROTAC II
• Suelo Seco 29.3 lbs
• EV II Líquido 1.63 lbs
• Agua 1.14 lbs
• Volumen= 0.222 pies3
• Densidad Húmedo=140.1pcf
• Densidad Seco= 132 pcf
• MC = 6.1%
5.2 Procedimiento del ensayo
Las características del procedimiento de ensayo fueron las siguientes:
• Los aplicadores de goteo se prepararon para aplicar agua a razón de 250-320 ml/minuto (una profundidad total de 4.8 a 6 pulgadas de agua por hora). Se realizaron ajustes durante el ensayo para comprobar la sensibilidad de las mediciones de turbiedad.
• Se recogió el escurrimiento del surtidor en 12 intervalos seleccionados, generalmente cada 5 minutos, y durante 1 hora de duración de la simulación.
• Se midió la turbiedad en unidades nefelométricas (NTU) usando un medidor de turbiedad óptico LaMotte 200e. Se analizó el TSS pesando y secando en horno las muestras y después, determinando la masa de los sedimentos, al restar la masa de los suelos secados en el horno del agua más la masa de los sedimentos.
6. Resultados
En la siguiente ilustración se observa que en la superficie del suelo no tratado, los finos han sido erosionados y arrastrados.
La aplicación del ENVIROTAC II redujo significativamente la cantidad de sedimentos arrastrados por el escurrimiento. Los sedimentos arrastrados por el escurrimiento se redujeron como promedio de 1.3 g/L en suelos no tratados a 0.1 g/L en los suelos con tratamiento. Efectividad en reducción de sedimentos del 92%.
La turbiedad del escurrimiento fue significativamente menor, aunque alguna lixiviación del ENVIROTAC II hizo que el escurrimiento fuera ligeramente turbio. La turbiedad se redujo de un promedio de 891 NTU para suelo no tratado a 29 NTU para los suelos con tratamiento. La efectividad en la reducción de la turbiedad fue del 97% (Ver ilustración 6-3).
7. Bibliografía
Addo, Jonathan Q. and Thomas G. Sanders, Effectiveness and Environmental Impact of Road Dust Suppressants, Mountain-Plains Consortium, Colorado State Univ., Fort Collins, Colorado, March 1995.
Atkinson, John, An Introduction to the Mechanics of Soils and Foundations, McGraw Hill Book co., San Francisco, 1993.
Cleghorn, H.P., Dust Control and Compaction of Unpaved Roads – Field Trials, Ministry of Transportation, R&D Branch, Report No. MAT-92-02, February 1992.
8. Aportes de la investigación a la toma de decisiones
El mayor aporte de este estudio de investigación se ve representado en la conveniencia de usar copolimeros de acrílicos para evitar la erosión en taludes, laderas y canales de riego.