PROTECCIÓN CONTROL DE EROSION POR CAÍDA DE ROCAS CON SISTEMA DE MALLA DE DOBLE TORSIÓN,

EL SALVADOR

Autor: Oscar Alfredo Rivas Cerna

RESUMEN DEL TRABAJO

Metapán es un municipio de Santa Ana, El Salvador, ubicado al occidente del país. Es conocido como “La Ciudad Blanca” debido a que es el municipio del país en el cual se encuentra el mayor banco de caliza y otras rocas sedimentarias, motivo por el cual en él se encuentran las canteras de las cuales se extrae la materia prima para la producción en dos diferentes plantas, del cemento comercializado en todo el país.

La topografía de la zona se clasifica como terreno montañoso, presentando pendientes del terreno natural superiores al 70%. En la cantera El Colorado, como medida de protección de las vías por las que circulan los camiones que transportan el material extraído y, principalmente, de la integridad de las personas que se conducen a bordo de estos, se propuso un sistema contra la caída de rocas y control superficial de la erosión de los taludes.

El sistema instalado se compone fundamentalmente de una matriz de anclajes primarios y secundarios que sirven para sujetar una malla de doble torsión de Alta Resistencia a la tracción. La malla hexagonal de doble torsión se colocó directamente sobre el terreno en taludes, para contrarrestar la caída de rocas y/o para la regularización de la superficie. Con este sistema se espera darle estabilidad superficial al talud y que la caída de los bloques de piedra sea controlada y que estos no lleguen a la vía, y, al mismo tiempo, contribuir contra la erosión del talud.

PALABRAS CLAVE: CONTROL DE CAÍDA DE ROCAS, CONTROL DE EROSION EN TALUDES ROCOSOS.

1. INTRODUCCIÓN

Para el diseño de las obras de control de la erosión en un talud debe realizarse un análisis muy completo de las condiciones geológicas, geotécnicas, hidrológicas y ambientales que permitan tener un conocimiento completo del comportamiento del talud después de construido.

A diferencia de los suelos, la estructura que presentan las rocas es complicada, ya que bajo su apariencia sólida y homogénea se esconden asintropías originadas por grietas, planos de fractura o estratificación, diaclasas o plegamientos que hacen que su comportamiento mecánico no sea el esperado a primera vista.

Los taludes naturales o los excavados en roca están sujetos de forma permanente a procesos de inestabilidad, provocados por agentes erosivos.

Una de las principales causas de los problemas en los taludes es la presencia del agua de la lluvia, la escorrentía y el agua subterránea, por lo tanto el manejo de las aguas es muy importante desde el inicio de la construcción. Pare evitar estos problemas, en ocasiones se requieren obras con materiales no orgánicos para complementar la protección con vegetación.

A continuación se presenta el caso de la cantera El Colorado, ubicada en el cantón Tecomapa del municipio de Metapán. Esta cantera es una de las cuales se extrae caliza y otras rocas sedimentarias para la producción del cemento que se distribuye en todo El Salvador. La materia extraída desde las canteras es transportada hacia la planta El Ronco; ahí es procesada y se produce el cemento. Esta es una gran fuente de empleo para la zona y para todo el territorio nacional. Para proteger la integridad de la circulación de las personas que transportan el material extraído se propuso un sistema contra la erosión y desprendimiento de rocas en taludes rocosos.

2. GENERALIDADES DEL PROYECTO

Actualmente Metapán es una ciudad con alto desarrollo comercial, debido a sus minas de piedra caliza utilizadas para producir cemento, a su límite con la frontera guatemalteca y a ser una de las ciudades con alto componente industrial.

La obra se localiza en la Cantera El Colorado, cantón Tecomapa, desvío La Joya. Esta cantera es una de las que alimenta a la planta El Ronco, en la cual se producen 1.7 millones de toneladas de cemento al año.

Debido a la topografía montañosa de la zona, a lo largo de las vías por las que se conducen los vehículos pesados encargado del transporte del material extraído, se encuentran taludes en corte que presentan pendientes elevadas y material rocoso susceptible a caída o desprendimientos superficiales de fragmentos rocosos que se hallan en equilibrio inestable. El detonante de estos desprendimientos tiene origen muy variado, y va desde la erosión del material rocoso hasta pequeñas perturbaciones sísmicas (que pueden ser generadas por el paso de vehículos pesados).

3. SOLUCIÓN ESCOGIDA

En parte de la vialidad el problema de estabilidad se presenta en los taludes naturales en cortes existentes (ver fig.1), y que son afectados en mayor o menor grado por el proyecto. Consecuentemente surge la importancia de alcanzar un adecuado conocimiento de la naturaleza y características de las formaciones geológicas, las propiedades de resistencia al corte de los macizos y de los mecanismos que eventualmente pueden conducir al fenómeno de inestabilidad de taludes y que permita definir el tipo de obras de estabilización necesarias, con base en los respectivos análisis de estabilidad.

Los taludes existentes, identificados a lo largo de toda la vialidad están conformado por roca basáltica y roca del tipo ignimbrita con grado de intemperismo variable entre W1 a W3. La otra formación geológica observada en la ruta son rocas ignimbritas ácidas con alteración hidrotermal poco meteorizadas.

Para los tramos de taludes donde se interceptan rocas basálticas, se detectó un estrato superficial de suelo residual del tipo SC, CL, SM y MH de un espesor variable entre 1.0 a 3.0 metros. Subyacente a este estrato se localiza el manto rocoso. Dada la altura de los cortes proyectados, la incidencia de esta capa en la estabilidad global del talud es despreciable.

A lo largo de toda la ruta, se detectaron macizos rocosos con un considerable grado de fracturas (Ver figura 2), los cuales dejan expuesto un plano potencial de susceptible a desprendimientos de roca, por lo que deberían ser protegidos.

Las mallas de doble torsión se utilizaron para controlar los desprendimientos superficiales en los taludes, y se fijan mediante anclajes de 1m en la superficie y en la cabecera del talud y permiten una gran resistencia a la rotura.

La malla tendida, es una solución que conduce la caída de material, más que detenerla. Las piedras se deslizan de forma controlada entre el talud y la malla, permaneciendo, de este modo, depositadas en la cuneta sin llegar a la calzada o a la vía.

Los trabajos de instalación de cualquier tipo de malla metálica se llevan a cabo bajo las medidas de seguridad más estrictas y siempre por parte de equipos de operarios especializados en trabajos verticales.

4. DESCRIPCIÓN DE LOS TRABAJOS

El sistema propuesto consiste de una malla de alta resistencia para la estabilización superficial de capas de suelo o roca, combinada con anclaje, que sustituye la colocación de concreto lanzado.

Las perforaciones para los anclajes se realizaron con martillos neumáticos, equipados con brocas de 1.0m de longitud y un diámetro de 2”, las cuales se rellenaron con una lechada de arena-cemento colocando una barra de acero de 1” de diámetro.

Adicionalmente la malla doble torsión sobre los taludes, se ancló mediante un sistema de fijación “placa y tuercas” a los anclajes. Las siguientes figuras continuación se muestran los detalles representativos correspondientes al diseño final de la protección.

La malla con anclaje adapta perfectamente a la topografía del terreno y permite su vegetación natural o artificial, para que visualmente no cause un gran impacto. La malla es peso reducido (175 kg por cada 105 m2), resistente a la corrosión (cuatro veces más que el galvanizado), permite el drenaje natural del talud, y es de fácil instalación. La idea es obtener un sistema moderno que sobresalga de los sistemas de mallas convencionales y del concreto lanzado.

La malla de alta resistencia se fabricada con alambres de 2.7 mm de diámetro, entrelazados entre sí (doble torsión), para formar rombos de 80 por 100 mm con un diámetro libre interior en cada rombo de 80 mm.

5. MATERIALES

A. Cable de acero perimetral

Es cable galvanizado 16 mm de diámetro que se utiliza para reforzar todo el perímetro del área donde fue colocada la malla de alta resistencia. Cable con revestimiento de zinc( UNI EN 10264-2, DIN 3060, UNI ISO 2408), Tipo 6×19(DIN 3060, UNI ISO 2408),Tensión nominal de rotura a la tracción1770.0 N/mm2, Carga mínima de rotura del cable de 40.3 kN

B. Alambre

 Malla hexagonal de doble torsión tipo 8×10

 B.2. Resistencia a la tracción: Todo el alambre utilizado en la fabricación de la red de alta resistencia y en las operaciones de amarre durante su instalación, debe ser de acero dulce recocido de acuerdo con las especificaciones NBR 8964, ASTM A641M-98 y NB 709-00,esto es, el alambre deberá tener una tensión de ruptura media de 380.0 a 480.0 N/mm².

 B.3. Revestimiento del alambre: Todo el alambre utilizado en la fabricación de la red de alta resistencia y en las operaciones de amarre durante su instalación, debe ser revestido con aleación zinc- 5% aluminio (Zn 5 Al 95 MM) de acuerdo con las especificaciones de la ASTM A856M-03, clase 80, esto es: la cantidad mínima de revestimiento Galfan en la superficie de los alambres es de 244.0 g/m².

 Elongación: La elongación no deberá ser menor que 12%, de acuerdo con las especificaciones de la NBR 8964 y de la ASTM A641M-98. Los ensayos deben ser hechos antes de la fabricación de la red, sobre una muestra de alambre de 30 cm de largo.

 Adherencia del revestimiento: El revestimiento Galfan® debe adherir al alambre de tal forma que, después del alambre haber sido enrollado 15 veces por minuto alrededor de un mandril, cuyo diámetro sea igual a 3 veces el del alambre, no pueda ser escamado o quebrado o removido con el pasar del dedo, de acuerdo con la especificación de la ASTM A641M-98. Los ensayos deben ser hechos antes de la fabricación de la red.

 Diámetro: El diámetro del alambre a ser utilizado en la fabricación de la malla debe ser de 3.0 mm y de 3.9 mm para el borde superior, que debe ser enrollado mecánicamente.

 Tolerancia: Se admite una tolerancia en el diámetro del alambre de ± 2,5%.

C. Placas de anclaje

Son de forma cuadrada con acero laminado, y con barreno central de 40 mm de diámetro. Son fabricadas especialmente para ser instaladas con la malla de alta resistencia. Las placas deberán tener unas dimensiones mínimas de 130×130 mm y un espesor de 7 mm

D. Ganchos de sujeción

Son elementos metálicos que se utilizan para la unión vertical y horizontal entre paneles de malla, y para la unión del cable perimetral con la malla. Son galvanizados en caliente, y tienen un diámetro de 6 mm. Alternativamente podrá utilizarse alambre galvanizado de un diámetro de 2.2 mm según lo indican los planos.

E. Clips de de sujeción

Elementos metálicos que se utilizan para el amarre en los dobleces de los cables perimetrales de refuerzo.

6. EQUIPO Y HERRAMIENTAS

A. Máquina perforadora autopropulsada (normalmente son máquinas propulsadas con aire a presión), el diámetro de la perforación deberá ser al menos 1,5 veces el diámetro de el ancla cuando no se requiera de protección anticorrosivo del ancla. Cuando sea requerido instalar el ancla con protección anticorrosivo, está será mediante manguera corrugada, por lo cual, el barreno normalmente es de 4‖ de diámetro.

B. Bomba de inyección de mortero.

C. Cizallas para cortar los alambres de la malla.

D. Caja de herramientas con juego de llaves

E. Llave de torque de 350 libras-pie con dado del tamaño de las tuercas de las anclas.

F. Pinzas graduables para apretar los ganchos de sujeción de paneles de malla.

G. Tráctel, para tensar el cable perimetral.

H. Herramientas complementarias para el funcionamiento de las mencionadas anteriormente.

7. CONSTRUCCIÓN DE PROTECCIÓN

A. Preparación del terreno

El terreno debe ser debidamente preparado antes de colocar la malla en su lugar para lo cual se necesitó:

a. Limpieza del talud

b. Nivelación del talud

c. Recorte del talud

B. Replanteo

En esta parte deben marcarse los elementos listados a continuación con pintura o estacas, dependiendo del terreno y de las actividades de construcción.

a. Limites perimetrales

b. Esquinas

c. Anclajes, numerados

Durante el replanteo deben considerarse la distancia entre anclas que figuran en el proyecto y tratar de no superarla en lo posible.

D. Colocación de anclajes

Luego de la perforación se procedió a la colocación de las varias roscadas en cada agujero, a continuación los pasos:

a. Preparación de el ancla para ser colocada dentro del barrero (colocar centradores, mangueras de inyección, y posiblemente su protección contra la corrosión, etc).

b. Inyección de las anclas con mortero proporción 1:3.     

c. Asegurase de que quede suficiente juego de la rosca del ancla para tensar la malla.

d. Una vez que el mortero haya fraguado, podrán realizarse las pruebas de tensión de las anclas.

E. Colocación de la malla

Antes de colocar la malla se debe cortar las anclas que puedan obstaculizar la instalación.

Para la colocación de la malla debe de seguirse el siguiente proceso:

a. Colocar la malla de alta resistencia.

b. Conectar los paneles de malla con los ganchos de unión.

c. Colocar las placas y tuercas de las anclas temporalmente.

d. Fijar los cables perimetrales de refuerzo con los ganchos de unión y tensarlos hasta que no quede catearía alguna.

e. Una vez cubierta el área de estabilización, apretar las tuercas de las anclas hasta el torque indicado en el proyecto, normalmente el torque debe de ser de 200 a 250 pie-libra, para alcanzar una tensión del ancla ante 70 y 100 kN, esto, para anclas de 38 mm de diámetro.

F. Otras recomendaciones

a. Dependiendo el diámetro de las anclas será el torque aplicado.

b. En caso de requerir obras de drenaje sobre el área a cubrir con malla, es necesario ejecutarlas antes de colocar la malla de alta resistencia (por ejemplo, drenes).

c. La malla siempre debe colocarse en sentido longitudinal (desenrollarse en contrapendiente del talud, nunca debe instalarse a lo largo).

d. Los empalmes verticales entre paños de malla serán de 10 cm mínimo.

e. En las uniones horizontales entre mallas no es necesario considerar empalme, quedan a tope.

8. Obras finalizadas

Se colocaron sobre los taludes la malla doble torsión en un área de 11,800 m2 para lo que se requirió un aproximado de 2,900 perforaciones de 1.00mts de profundidad. La obra se ejecutó en un periodo de 3 meses.

9. CONCLUSIÓN

El tipo de solución para controlar la erosión superficial en un talud, depende principalmente del tipo de suelo y de la pendiente del talud. En el caso de que tengamos una combinación de Suelo con Roca es indispensable colocar un material que promueva el crecimiento natural de la vegetación en el suelo y que garantice una resistencia suficiente para que las rocas no se proyecten a la vía afectando la seguridad de la misma. Esta solución para el control de la erosión supone que los suelos a proteger serán Geotécnicamente estables.

10. BIBLIOGRAFÍA

 Maccaferri do Brasil Ltda. (2005). “Sistemas contra caídas de rocas”, Brasil