Principios de diseño y construcción de jarillones

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Pincipios de diseño y construcción de diques, jarillones y sistemas de protección de inundaciones, Ríos San Jorge y Sinú, en el Departamento de Córdoba en Colombia.

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Principios de diseño y construcción de jarillones

  1. 1. 1
  2. 2. 2
  3. 3. JARILLONES ASPECTOS GENERALES PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES DE LOS RÍOS SAN JORGE Y SINÚ, EN EL DEPARTAMENTO DE CÓRDOBA. Ing.: ROBINSON VILLAMIL ROJAS UNIVERSIDAD DEL SINÚ ELÍAS BACHARA ZAINÚM FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESPECIALIZACIÓN EN GEOTÉCNIA Montería, 2013 3
  4. 4. AGRADECIMIENTOS Agradecimientos: Agradezco de manera muy especial a todas aquellas personas, entidades de carácter público y privado de las cuales me serví, con todo respeto, para complementar este documento, que podrá ser utilizado como referencia en la construcción de jarillones, diques y demás estructuras de este tipo que sirvan para prevenir o evitar inundaciones y pérdida de vidas o de bienes materiales. Agradezco a mis compañeros, profesores y por supuesto a mi familia que siempre ha estado apoyándome en mis proyectos. 4
  5. 5. TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO .......................................................................................................................... 5 LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................................. 7 LISTA DE TABLAS...................................................................................................................................10 RESUMEN .................................................................................................................................................11 INTRODUCCIÓN......................................................................................................................................13 1. GENERALIDADES ...........................................................................................................................15 1.1. 1.2. PARTICULARIDADES OROGRÁFICAS ..............................................................................17 1.3. HIDROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA .........................................................................................20 1.4. GEOLOGIA................................................................................................................................24 1.5. LITOLOGÍA................................................................................................................................25 1.6. 2. LOCALIZACIÓN........................................................................................................................16 ASPECTOS DE ORDEN SÍSMICO .......................................................................................32 TIPOLOGÍA DE LAS OBRAS DE CONTENCIÓN Y CONTROL DE AGUAS ........................34 2.1. DEFINICIÓN Y USO DE LOS JARILLONES ...........................................................................35 2.2 TIPOLOGIAS ..................................................................................................................................35 3. CRITERIOS DE DISEÑO ................................................................................................................40 3.1TIPO DE JARILLÓN .......................................................................................................................40 3.2 ASPECTOS DE ORDEN ESPECÍFICO .....................................................................................40 3.2.1 Ubicación de las obras:...............................................................................................................41 3.2.2 Geología y geotecnia: .................................................................................................................41 3.2.3. Materiales de construcción .......................................................................................................41 3.2.4. Hidrología e hidráulicos.............................................................................................................49 4. ELEMENTOS GEOTECNICOSPARA EL DISEÑO DE JARILLONES ....................................53 4.1 REDES DE FLUJO EN JARILLONES ........................................................................................53 4.2.1 Tubificación retrógrada ..............................................................................................................57 4.2.2 Sufusión ......................................................................................................................................57 5
  6. 6. 4.2 ELEMENTOS DE FILTRACIÓN EN JARILLONES ..................................................................57 4.3 ESTABILIDAD ................................................................................................................................58 4.3.1 Factor de seguridad ....................................................................................................................60 4.4 PRINCIPIOS DEL MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE ...........................................................63 5. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN ................................................................................................66 5.1 TIPOLOGÍA IDEAL DE PRESAS ................................................................................................66 5.2 PRELIMINARES ............................................................................................................................67 5.3 DESCAPOTE .................................................................................................................................67 5.4 CIMENTACIÓN ..............................................................................................................................68 5.5 DRENAJES Y AISLANTES ..........................................................................................................68 5.6 CUERPO DEL JARILLÓN ............................................................................................................69 5.7 OBRAS DE PROTECCIÓN ..........................................................................................................69 6. EXPERIENCIAS DE CONSTRUCCIÓN DE JARILLONES EN LOS RÍOS SAN JORGE Y SINÚ ...........................................................................................................................................................71 6.1 JARILLÓN SECTOR MARRALU .................................................................................................71 6.1.1 Falla del jarillón ..........................................................................................................................76 6.1.2Falencias en la construcción y posibles causas del fallo .............................................................77 6.2 JARILLONES SOBRE EL RIO SINÚ ..........................................................................................79 7. ALTERNATIVA AMBIENTAL CON EL USO DE NEUMATICOS PARA PROTECCIÓN DE JARILLONES Y RIVERAS ......................................................................................................................82 7.1 USO DE NEUMATICOS EN LA PROTECCIÓN DE RIVERAS DEL RIO SINÚ ..................82 7.2 PROPUESTA DE ALTERNATIVA DE USO DE LLANTAS RECICLADAS. .........................84 7.2.1 Actividades preliminares ............................................................................................................85 7.2.2 Cimiento .....................................................................................................................................86 7.2.2 Estructura de protección ............................................................................................................88 7.2.3 El Jarillón y acabados..................................................................................................................92 CONCLUSIONES .....................................................................................................................................93 BIBLIOGRAFIA .........................................................................................................................................95 ANEXOS ....................................................................................................................................................97 6
  7. 7. LISTA DE FIGURAS Figura No. 1 DIAGRAMA DE LOCALIZACIÓN 17 Figura No. 2 VISTA OROGRÁFICA DESDE EL NORTE DEL DEPARTAMENTO 18 Figura No. 3 MAPA DE LAS ZONAS SUSCEPTIBLES A INUNDACIÓN EN COLOMBIA 19 Figura No. 4 MAPA DE LAS ZONAS SUSCEPTIBLES A INUNDACIÓN EN CORDOBA 20 Figura No. 5 MAPA DE ZONIFICACIÓN CLIMÁTICA COSTA CARIBE 22 Figura No. 6 MAPA CICLO ANUAL Y SEMESTRAL DE LA PRECIPITACIÓN EN COLOMBIA 24 Figura No. 7 MAPA DE GEOLOGÍA ESTRUCTURAL COLOMBIANA 25 Figura No. 8 MAPA GEOLOGICO ESTRUCTURAL DE CÓRDOBA 27 Figura No. 9 MAPA GEOLÓGICO BAJO SINÚ 29 Figura No. 10 MAPA GEOLÓGICO MEDIO SINÚ 30 Figura No. 11 MAPA GEOLÓGICO ALTO SINÚ 31 Figura No. 12 MAPA GEOLÓGICO ALTO SAN JORGE 32 Figura No. 13 MAPA DE EVENTOS SÍSMICOS DE LA COSTA CARIBE COLOMBIANA 33 Figura No. 14 MAPAS DE ZONIFICACIÓN SISMICA – NSR – 10 34 Figura No. 15 ELEMENTOS DE LA PRESA 37 Figura No. 16 TIPOS DE PRESAS 38 Figura No. 17 TIPOS DE RELLENOS CARACTERÍSTICOS 39 Figura No. 18 ASPECTO DEL VALLE DEL RÍO SAN JORGE 43 Figura No. 19 MATERIALES ARENOSOS DE MONTELIBANO 44 Figura No. 20 MATERIALES ARENO – ARCILLOSOS DE MONTELIBANO 44 Figura No. 21 MATERIALES ARENOSOS DE LA APARTADA 45 Figura No. 22 MATERIALES ARENOSOS DE AYAPEL 45 Figura No. 23 CARACTERÍSTICAS DEL PAISAJE EN EL CURSO DEL RÍO SINÍ 46 Figura No. 24 CANTERAS DE ARENA DE VALENCIA 47 7
  8. 8. Figura No. 25 CANTERA DE ARENA ARCILLOSA DE VALENCIA 47 Figura No. 26 MATERIALES DE LA CANTERA DE LOMA GRANDE EN MONTERÍA 48 Figura No. 27 MATERIALES DE LA CANTERA EL CLAN EN MONTERÍA 48 Figura No. 28 MATERIALES DE LA CANTERA AGUAS VIVAS. VÍA ARBOLETES 49 Figura No. 29 MATERIALES DE LA CANTERA LA BALSA. CIENAGA DE ORO 49 Figura No. 30 MATERIALES DE LA CANTERA SAN JOSE. LORICA 50 Figura No. 31 CANTERA SAN NICOLAS DE BARÍ. LORICA 50 Figura No. 32 PARTES DE LA RONDA DE UN RÍO 52 Figura No. 33 CURVAS DE SATURACIÓN DE UN JARILLÓN 56 Figura No. 34 DIAGRÁMA DE MODELOS NUMÉRICOS 56 Figura No. 35 CONFIGURACIONES DE REDES DE FLUJO EN JARILLONES PARA COMBINACION DE PERMEABILIDADES 57 Figura No. 36 ESQUEMAS DE ALGUNOS TIPOS DE FILTROS 59 Figura No. 37 MÉTODOS DE ANÁLISIS EN ESTABILIDAD DE TALUDES UTILIZADOS EN EL CALCULO DE JARILLONES 61 Figura No. 38 DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS DE CORTE EN UN TERRAPLEN 61 Figura No. 39 TIPOLOGÍA DE BLOQUES EN EL MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE 64 Figura No. 40 FUERZAS ACTUANTES EN UNA SUPERFICIE CIRCULAR DE DESLIZAMIENTO 65 Figura No. 41 DETALLE SOBRE FUERZAS INVOLUCRADAS EN EL ANÁLISIS DE TALUDES 66 Figura No. 42 FORMAS TÍPICAS DE JARILLONES ECONÓMICOS 68 Figura No. 43 LOCALIZACIÓN DE JARILLONES DEL SECTOR MARRALÚ, PUEBLO NUEVO. 74 Figura No. 44 ESQUEMAS DEL JARILLON MARRALÚ. 75 Figura No. 45 FOTOGRAFÍAS DEL DIQUE PROVISIONAL Y EL JARILLÓN DEFINITIVO 76 Figura No. 46 FOTOGRAFÍAS DE LA CONSTRUCCIÓN DEL JARILLÓN 76 Figura No. 47 CANTERA DE ARCILLA. SECTOR LA CABULLA. 77 Figura No. 48 ALTURAS Y TALUDES DEL JARILLÓN NUEVO. 77 Figura No. 49 JARILLONES LATERALES ANTIGUOS 78 8
  9. 9. Figura No. 50 FALLAS DEL JARILLÓN NUEVO 78 Figura No. 51 ASPECTO DE LAS INUNDACIONES AL SUR DEL MUNICIPIO PUEBLO NUEVO 79 Figura No. 52 PROTECCIÓN DE RIVERAS Y REALCE DE JARILLONES EN EL RÍO SINÚ 80 Figura No. 53 ESQUEMA DEL PROCESO DE TRABAJO JARILLONES DEL RÍO SINÚ 80 Figura No. 54 CONFORMACIÓN DE TALUDES E INSTALACIÓN DE MATERIALES 81 Figura No. 55 PROTECCIÓN DE LA RIVERA DEL RÍO SINÚ EN EL SECTOR BOCA DE LA CEIBA 83 Figura No. 56 PROCESO DE CONSTRUCCIÓN CON LLANTAS RECICLADAS 84 Figura No. 57 TALUDES Y MUROS CON LLANTAS RECICLADAS 85 Figura No. 58 CONDICIÓN INICIAL DE UNA RIVERA A INTERVENIR 86 Figura No. 59 ADECUACIÓN DEL SECTOR DE TRABAJO 87 Figura No. 60 DIAGRAMA DEL DESCAPOTE Y LA EXCAVACIÓN 87 Figura No. 61 ESQUEMA DE LA EXCAVACIÓN ESCALONADA Y DEL GEOSINTÉTICO DESEPARACIÓN. 88 Figura No. 62 ESQUEMA DE LA CAPA DE CONCRETO DE SOPORTE 89 Figura No. 63 SECCIÓN FINAL DEL JARILLON PROPUESTO. 89 Figura No. 64 DISTRIBUCIÓN DE LOS NEUMÁTICOS Y MATERIALES DE RELLENO 90 Figura No. 65 PROCESO DE PRODUCCIÓN 91 Figura No. 66 VISTA SUPERIOR Y LATERAL DE LAS CAPAS DE LLANTAS 92 9
  10. 10. LISTA DE TABLAS Tabla No. 1 MAGNITUD DE PRECIPITACIONES ULTIMOS 15 AÑOS 23 Tabla No. 2 NÚMERO DE ESTACIONES DE MEDICIÓN MEDIOAMBIENTAL NACIONAL IDEAM 53 10
  11. 11. RESUMEN Teniendo en cuenta que el Departamento de Córdoba, se caracteriza por encontrarse dentro de las regiones planas e inundables de la zona norte colombiana en este documento se establecerán algunos parámetros técnicos que hacen referencia al diseño y construcción de jarillones, que como mecanismos importantes de control de aguas, han servido para asegurar la estabilidad de elementos de infraestructura, de zonas de cultivo y de zonas pobladas, en las temporadas invernales, se tendrán en cuenta los diversos elementos climáticos, geológicos y geotécnicos que se deben ser considerados al realizar proyectos de esta naturaleza. Palabras claves: Jarillón, dique, presa, control de inundación. . 11
  12. 12. 12
  13. 13. INTRODUCCIÓN De abril de 2010 a mayo de 2011 el país atravesó por una fuerte temporada invernal, con cerca de cinco centenares de muertes y varios millones de personas afectadas, ha sido uno de los eventos hidrológicos más dramáticos en la historia colombiana, con este hecho, muchas regiones costeras sufrieron los estragos del desastre. La miseria y la pobreza se adueñaron de los núcleos poblacionales localizados en riveras y valles de ríos, que como el Magdalena, Cauca y sus afluentes, sirvieron de canal para el desfogue de enormes cantidades de caudal provenientes de las precipitaciones caídas en los Andes, caudales que inundaron sectores importantes de los departamentos de Bolívar, Sucre, Atlántico, Córdoba y Magdalena. Sin lugar a dudas, el Gobierno de turno no tenía previsto que el inesperado coletazo del fenómeno de la niña llegara a tener estas nefastas consecuencias y la falta de experiencia en la adopción de estrategias y políticas para el manejo de esta situación brillo por su ausencia y, simplemente, el desastre se vio avanzar manera inerme. Córdoba, como uno de los Departamentos pertenecientes al área de influencia, fue uno de los damnificados, sin embargo, aun cuando el efecto del ciclo invernal impactó de manera importante el Departamento, las inundaciones pudieron ser mucho más dramáticas, como se establecería posteriormente por el IDEAM, debido a que solo involucró un pequeño porcentaje de la basta área potencial de inundación que realmente tiene. Con estos factores adversos, que hacen de estas tierras un área de alta susceptibilidad a la inundación, proveniente básicamente de sus importantes ríos, el presente trabajo establecerá una serie de herramientas que podrán ser tenidas en cuenta al momento de ejecutar proyectos de diseño y construcción de obras, que a manera de diques, presas o jarillones, elaborados con materiales sueltos, puedan contener y/o encausar dichas aguas, con las limitaciones naturales que se pudieran llegar a tener dentro respecto de las condiciones físicas de este Departamento. El problema que se tratará de resolver es ¿Que herramientas geotécnicas se podrían emplear para enfrentar el diseño y la construcción de obras de contención o encausamiento de aguas de avenidas en los diferentes municipios del Departamento de Córdoba, susceptibles de ser afectados por la inundación? 13
  14. 14. Bajo este interrogante el trabajo se estructurará en varios capítulos, de la siguiente manera; inicialmente se hará una descripción general de la zona, localización, sectorización de las zonas afectadas, geología y litología, discriminación de cada uno de los sectores, su geomorfología y suelos, la naturaleza de las fuentes de materiales y los elementos relacionados con el clima, relevantes para los proyectos de diseño y construcción de jarillones. En una segunda sección, se hace referencia a la tipología de este tipo de obras y a sus elementos constitutivos. En el tercer capítulo se esgrimirán aquellos principios generales que deben ser involucrados dentro del diseño de jarillones, la hidráulica de la estructura, el funcionamiento de sus elementos, la metodología para el cálculo de su estabilidad geotécnica, de los factores de seguridad, y algunos de los parámetros de diseño e través de los cuales los jarillones podrían ser concebidos para funcionen de manera apropiada. En un quinto capítulo se establecen los parámetros de construcción, bajo las condiciones propias del Departamento de córdoba, razón por la cual se profundiza sobre los paisajes de los ríos San Jorge y Sinú y la naturaleza de los materiales disponibles en sus alrededores y de la gran gama de tipos de jarillones, se traerán a colación aquellos que por su economía y sencillez tienen una mayor probabilidad de aplicación, teniendo en cuanta las condiciones propias de la zona. En un sexto capítulo, se traerán a colación algunos de los proyectos específicos, realizados en las zonas aledañas a los Ríos considerados y de estas se hará una evaluación del desarrollo del contrato, de los resultados y de las posibles causas de la falla estructural, en el caso que se pudieran haber presentado, se debe mencionar que estos ejemplos se tomaron de experiencias del autor en casos específicos de análisis y evaluación de jarillones construidos y en proceso de construcción, durante la temporada invernal delos años 2010 y 2011, en diferentes municipios del Departamento de Córdoba y que serán tenidos en cuenta, solo a manera didáctica. Finalmente, en un séptimo capítulo se expondrá un caso especial de protección de riveras, empleado en el Río Sinú que aun cuando está documentado como un problema social, bien manejado puede ser optimizado y aplicado de manera más racional y es el caso de los neumáticos viejos en la estabilización de los taludes aguas arriba o el la protección de las riveras de los ríos. 14
  15. 15. 1. GENERALIDADES Como se mencionó de manera introductoria, el trabajo girará alrededor de las condiciones propias de los valles de los Ríos Sinú y San Jorge, el primero de los cuales juega el papel muy importante en el desarrollo económico del Departamento ya que sus valles, desde el punto de vista agrícola y ganadero, son aprovechados para la cría y levante de todo tipo de ganado, de manera adicional, en los municipios de Cereté, San Pelayo, Lorica abundan los cultivos de algodón, platino, yuca y una multiplicidad de productos que crecen de manera importante debido a la riqueza nutricional de sus suelos. Respecto de las riveras y los valles del Río San Jorge, se presenta un menor aprovechamiento agrícola y se acentúa la explotación ganadera, cabe resaltar que la coincidencia geológica en el nacimiento de los dos ríos, se caracteriza por poseer una enorme riqueza minera, ya que en estas montañas se encuentran betas de minerales escasos como el níquel, hierro, plata, oro y demás, sin embargo, este importante recurso es también aprovechado por los guaqueros, que de manera irresponsable, ejercen la minería ilegal y tienen desoladas enormes extensiones de tierra perteneciente a los valles y cuencas de estos ríos. De una u otra forma, el curso de estas importantes corrientes de agua, tienen un pasado común, los indios Zenues, quienes se caracterizaron por construir importantes obras hidráulicas que han llegado hasta nuestros días, son muy conocidas las intrincados canales, terrazas, canales y jarillones, a través de los cuales establecieron procedimientos propios para el control del agua, en épocas invernales, se habla de 2000 mil años de antigüedad de algunos de sus sistemas de riego, a la fecha, se observan casas construidas recientemente que viene siendo localizadas sobre terrazas construidas en esa época. Debido a los acontecimientos que se dieron en años recientes, la Administración pública ha incrementado las inversiones destinadas a mitigar y controlar los abates de la naturaleza, respecto de inundaciones y en diferentes sectores de estos ríos ha implementado mecanismos de control, como es el caso de las pequeñas presas de tierra paralelas al río, más conocidas como jarillones para el control de aguas Los jarillones, forman parte de una extensa tipología de presas que, como veremos más adelante, establecen un esquema propio de diseño, alejándose de las pretensiones económicas con las que se construyen las presas empleadas en 15
  16. 16. proyectos hidroeléctricos, caso Urrá, al sur del Departamento, no por ello, la sencillez y economía que se pueda alcanzar con este tipo de estructuras, aleja la responsabilidad del profesional en geotecnia, para olvidar los principios básicos, en hidráulica, hidrología, estabilidad de taludes e ingeniería de materiales, que sin importar el tamaño de la presa, deberán ser tenidos en cuenta al momento de diseñar o construir algún tipo de solución que afecte, cambie o distorsione el flujo normal del río y, especialmente, en épocas en las que los caudales sobrepasan las condiciones normales de comportamiento de estas corrientes de agua. Con el objeto de conocer, de manera general, las condiciones propias del Departamento de Córdoba y específicamente en los valles de los ríos ya mencionados, se estudiarán las características climáticas, hidrológicas, geológicas y los factores sísmicos que pudieran afectar la concepción de una solución hidráulica de esta naturaleza. 1.1. LOCALIZACIÓN El Departamento de Córdoba se encuentra localizado al nor – occidental de la Costa Atlántica colombiana, en las coordenadas 8° 45’0 N 75°52’0 O., cuenta con un área aproximada a los 23,980 Km2, de los cuales el 90% pertenecen a las cuencas de los ríos Sinú y San Jorge. Figura No. 1 DIAGRAMA DE LOCALIZACIÓN En la Figura No. 1, Diagrama de localización, se observa la sectorización aproximada de las cuencas hidrológicas que se encuentras circunscritas dentro del Departamento, en línea interrumpida amarilla el Río Sinú y el línea roja el Río San Jorge, la línea 16
  17. 17. divisoria de aguas coincide con los municipios de Sahagún y Loma Sabana de Corozal en Planeta Rica y las estribaciones de la Serranía de San Jerónimo, en los Municipios de Tierra Alta y Montelibano al sur del Departamento. 1.2. PARTICULARIDADES OROGRÁFICAS En general, la cuenca del Río Sinú cobija casi la totalidad del centro del Departamento, su corriente nacen en el Nudo de Paramillo y desembocando en la Bahía de Cispatá, entre los Municipios de San Antero y San Bernardo del Viento. Para la Cuenca del San Jorge, se efecto se da en el sur, nace, igualmente, en Nudo de Paramillo, Serranía de San Jerónimo y desemboca en las aguas del Río Cauca, en la Depresión Momposina. En la vista orográfica de la Figura No. 2, se observa el nacimiento y curso de los Ríos Sinú y San Jorge, a través del Departamento y el modelo de elevación geográfica donde se puede apreciar la zona de inundación de cada una de las cuencas. Figura No. 2 VISTA OROGRÁFICA DESDE EL NORTE DEL DEPARTAMENTO El Departamento de Córdoba tuvo una participación cercana al 20% en el número de damnificados por el desastre del año 2011, municipios como Lorica, San Pelayo, Ciénaga de Oro, Cereté, Montería, Tierra Alta, Montería, Puerto Libertador, Buena Vista y Ayapel, fueron afectados por el desbordamiento de los dos ríos, en el mapa de Susceptibilidad de inundación de la IDEAM, (Figura No. 3 y 4), se puede observar que estas cuencas, especialmente la del Río Sinú, la cual cuenta con una gran área de inundación, al ser comparada con el resto del país, podría llegar a tener un alto 17
  18. 18. impacto en los procesos de inundación, comparable únicamente con las llanuras de Casanare y Arauca y el norte del Departamento del Choco y Nor – Occidente de Antioquía. Figura No. 3 MAPA DE LAS ZONAS SUSCEPTIBLES A INUNDACIÓN EN COLOMBIA 18
  19. 19. Figura No. 4 MAPA DE LAS ZONAS SUSCEPTIBLES A INUNDACIÓN EN CÓRDOBA B A En la Figura No. 4, del IDEAM, se evidencia, en primera instancia, el potencial de inundación del cetro del Departamento y como segunda medida el impacto de dichas 19
  20. 20. inundaciones sucedidas en los años 2010 y 2011, como se observa, este evento tuvo un impacto mínimo, si se compara con el mencionado potencial de inundación, en consecuencia, la Administración Estatal tiene una gran responsabilidad en la planeación, prevención y aplicación de planes, programas y obras del manejo de inundaciones que como se observa, resultaría de gran impacto en las zonas urbanas de las ciudades más pobladas de Córdoba y de las respectivas zonas rurales ganaderas y agrícolas del Departamento. Respecto de la Cuenca del Río San Jorge y su zona de afectación, resulta ser menos extensa, el Municipio de Ayapel tiene una historia constante de inundaciones, incluso en periodos invernales de intensidad media, la cercanía de la Serranía de Ayapel limita, en cierta medida las inundaciones y como se refleja en el Mapa de susceptibilidad, se incrementa en la medida en que su cauce se acerca a la Depresión Momposina. 1.3. HIDROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA De los estudios hidro-climáticos del Instituto Geográfico Agustín Codazzi, a través de los cuales se hace una sectorización regional de los datos obtenidos durante 50 años, en la región caribe colombiana, se establecen unas sub regiones, como se podrá observar en la Figura No. 5, se pueden establecer algunos criterios referentes al clima del Departamento: 1. Córdoba se encuentra subdividido en áreas climáticas bien definidas, que de acuerdo a la nomenclatura gráfica está dentro de sectores VII, IV y III. 2. La precipitación media anual en mm, varía desde el sur de 1500 – 3000, 1200 – 2000 y 800 – 1000. 3. La precipitación de invierno relacionada con la precipitación media determina las siguientes relaciones, 0.5, 0.45 y 0.6, que indica que volumen del porcentaje total de precipitación media anual cae en los meses de agosto a noviembre. 4. El coeficiente de irregularidad KII, el cual establece la mayor precipitación probable en cinco años sobre la menor precipitación probable en el mismo tiempo para la zona alta VII Y IV, no está determinado, para el sector III 1.7. 5. La duración de la estación biológicamente seca DES, se encuentra en un valor menor a 5 para la zona VII, entre 5 y 6 para la zona IV y entre 6 y 7 para la zona III y nos indica el número de meses en los cuales existe sequía. 20
  21. 21. Figura No. 5 MAPA DE ZONIFICACIÓN CLIMÁTICA COSTA CARIBE 7. El valor de ETP, determina el valor de evapotranspiración potencial anual medida en mm y que para la zona VII es 1600 – 1750, sector IV 1650 – 1850 y en la zona III es de 1650 a 1850 mm. 8. Los valores ETP, ETR Y R, relacionan los mecanismos biológicos de crecimiento vegetal, niveles de calentamiento solar y variación de las humedades ambientales. 21
  22. 22. En conclusión, existe una relación entre las zonas climáticas IV y III, siendo algo más húmeda la primera, aun cuando las dos son relativamente secas, comparadas con las zonas VII y VIII, que se caracterizan por humedades mayores, la zona VII, se extiende desde la Depresión Momposina hasta la cuenca del Sinú y de esta zona forman parte las llanuras inundables dentro de las cuales existen lluvias abundantes. La zona limítrofe, correspondiente a los municipios de Antioquía, presentan mayores magnitudes y alimentan la Represa de Urra y los diversos nacimientos de agua. El mapa de precipitaciones medias anuales mostrado en la siguiente página (Figura 8), muestra la medida media anual en mm, de los valores extrapolados para periodos homogéneos, que usualmente es utilizado en los balances hidrológicos del país, en él se observan las magnitudes geográficas de las intensidades medias de las precipitaciones y la tendencia de la intensidad en la parte nor – occidental colombiana y la posibilidad que se da para la generación de una fracción del escurrimiento considerable desde el Nudo de Paramillo hacia las tierras planas de la Costa Atlántica, de manera específica hacia el Departamento de Córdoba, Sucre y Bolívar. Un hecho aparentemente anómalo enajenado al Fenómeno de la Niña, hace referencia al aumento inesperado del nivel de precipitaciones, sin embargo, como se observa en la Tabla No. 1, en el año 98, se presentó un mayor nivel, menos destructivo que el sucedido en el año 2010-2011. Tabla No. 1 MAGNITUD DE PRECIPITACIONES ULTIMOS 15 AÑOS 22
  23. 23. Figura No. 6 MAPA CICLO ANUAL Y SEMIANUAL DE LA PRECIPITACIÓN EN COLOMBIA 23
  24. 24. 1.4. GEOLOGIA La geología cordobesa como se observa en el mapa estructural costero, forma parte de los Cinturones plegados de San Jacinto y Sinú, de la cadena andina de la Cordillera Central y Occidental y la cuenca de Urabá, su litología y estratigrafía está formada por la interacción de los movimientos de la Cordillera de los Andes, de la cual está separada por la Falla Cauca – Almaguer, por el lado occidental la cuenca sedimentaria de Urabá, Figura No. 7 MAPA DE GEOLOGIA ESTRUCTURAL COLOMBIANA 24
  25. 25. En este sentido, los afloramientos característicos y los tipos de suelos y rocas están asociados a gabros de la Cordillera, rocas sedimentarias marinas y depósitos aluviales recientes, respecto de las rocas propias del Cinturón de San Jacinto, corresponden a rocas sedimentarias de la Formación Cansona con afloramientos locales de roca volcánica, sobre estas formaciones se encuentran la Formación San Cayetano, Tolú Viejo, Porquera y Ciénaga de Oro, todas ellas de origen sedimentario, se encuentran igualmente afloramientos de unidades del Neógeno, Cerrito y Sincelejo. El Cinturón del Sinú está caracterizada por la presencia de volcanes de lodo, que afloran de manera aislada en dirección al mismo rumbo del cinturón con presencia de rocas sedimentarias del Eoceno y Plioceno. 1.5. LITOLOGÍA De acuerdo con la caracterización litológica del Departamento de Córdoba realizado por INGEOMINAS (1999), en el respectivo mapa, las formaciones desde la región limítrofe con Antioquia están conformadas por las formaciones Cajamarca (Pzcc), compuesta por esquistos micáceos intercalados con cuarcitas, mármoles, neises y lentículos de anfibolitas. Al norte se encuentran rocas y sedimentos del Terciario al Reciente; al occidente y oriente limita con fallas intrusivas de naturaleza máfica a ultramáficos con volcánicas del Barroso, en esta formación se encuentran eventos de tipo metamórfico pre – carbonífero, Paleozoico Superior de naturaleza dinamo-térmico o tectónico, (Maya 1992 – Londoño & González 1997, indican 355 – 55 ma). (Londoño & González 1997), acuñan bajo la denominación de rocas Ultramáficas a rocas Ultramáficas que se encuentran distribuidas a lo largo de la Falla de Romeral que aparecen en la formación al occidente de Planeta Rica como formación del mismo nombre (Kp). Cerro Matoso (Ksucm), Uré (Ksuu) y Gabros microgabros (Kg). Las Periodotitas de Planeta Rica provienen del Pre – Campaniano con un límite fallado con rocas volcánicas, Basaltos Nuevo Paraíso y Sedimentarias de la Formación Cansona y San Cayetano. En el oriente de Puerto Libertador y Cerro Matoso se encuentran afloramientos de Rocas Ultramáfitas (Ksucm), del Jurácico – Cretásico (INGREOMINAS 1975 - Londoño & González 1997), compuestas por olivinos, ortopiroxeno, serpentina, picotita, magnetita y cromita, sobre esta formación y similares a las Periodotitas de Planeta Rica, se encuentra la Formación Cerrito. 25
  26. 26. Figura No. 8 MAPA GEOLÓGICO ESTRUCTURAL DE CÓRDOBA 26
  27. 27. En general, los afloramientos que se dan en los cinturones terciarios, luego de la cordillera Andina, se estructura en tres ramales, las formaciones pertenecientes a las cordilleras, al Cinturón Sinú, San Jacinto y Urabá. Su formación ha estado gobernada por fenómenos de tipo sedimentario y por eventos de naturaleza estructural y que constituyen de manera separada los ramales Sinú y San Jacinto. La Cuenca de Urabá está constituida básicamente por topografía de colina originada en el Oligoceno – Mioceno inferior, compuesta por la Formación Uva y relacionada con la Formación Maralú, Floren santo, del Cinturón Sinú con las Formaciones Ciénaga de Oro, Formaciones San Jacinto y San Jerónimo y el Carmen. La Cordillera Occidental y Central están constituidas por el Grupo Cañasgordas – Formación Barroso (Ksvb) y lodolitassilicias asociadas (Kslb), Formación Pendarisco – volcánico de La Equis (Ksvx), en la Central, el Complejo Cajamarca (Pscc), El Cinturón Sinú, por las formaciones Maralú (Pgom), Florentino (Ngmf), Pajuil (Ngmp), y Corpa (Ngmpco), El Conturón San Jacinto, como se mencionó inicialmente, las Unidades litoestratigráficas del Anticlinorio de San Jerónimo, es decir las rocas Ultramáfitas, constituidas por las Periodotitas de Planeta Rica (Kspp), Ultramáfitas de Cerro Matoso (Ksucm) y Ultramáfitas de Uré (Ksuu), dentro del mismo Cinturón de San Jacinto se encuentran los Basaltos de Nuevo Paraíso (Ksbnp), Formaciones Cansona (Ksc), San Cayetano (Pgsc), La Tampa (Pget), Ciénaga de Oro (Pgoco), El Carmen (Ngmc) y Cerrito (Ngmpc), Grupo Sincelejo, con las formaciones Sincelejo (NgQpsi), Morroa, Betulia (Qb). Respecto de los materiales de depositados de manera reciente en los valles de los ríos de la sabana se encuentran las Terraza aluviales del cuaternario (Qtc), los depósitos aluviales (Qal), dentro de los que se pueden destacar los Depósitos de Valencia, Montería, San Bernardo del Viento, Río Maso, Canalete y otros, de otra parte, las Terrazas aluviales (Qtm) y los Depósitos marinos de Playa (Qmp). Con respecto a los lineamientos que definen el área total del Departamento de Córdoba (Mapa No. 8), que establecen características topográficas propias de cada una de estas zonas producto de la dinámica tectónica, litológica y estructural que subyace sobre los materiales cuaternarios, están limitados por la Falla Romeral, Lineamiento Sinú, Lineamiento Betancí, 27
  28. 28. Figura No. 9 MAPA GEOLÓGICO BAJO SINU 28
  29. 29. Figura No. 10 MAPA GEOLÓGICO MEDIO SINU 29
  30. 30. Figura No. 11 MAPA GEOLÓGICO ALTO SINU 30
  31. 31. Figura No. 12 MAPA GEOLÓGICO ALTO SAN JORGE 31
  32. 32. 1.6. ASPECTOS DE ORDEN SÍSMICO Se debe tener en cuenta que desde el punto de vista sísmico, el Departamento de Córdoba se encuentra dentro de la zona de confluencia de las Placas tectónicas del Caribe, Panamá y Nazca, catalogada como una zona de subducción, una evidencia importante de la dinámica tectónica, se evidencia en la región norte y nor occidental del departamento, donde existe afloramientos de volcanes de lodos, comunes en regiones con esta misma naturaleza geológica, a pesar de que los eventos sísmicos han sido poco frecuentes en el Departamento, no deja de ser preocupante la cercanía de un núcleo supremamente activo localizado a apenas 150 kilómetros de la Ciudad de Montería, entre los Departamentos de Choco y Antioquia, como se aprecia en el mapa de eventos sísmicos, Figura 13. Figura No. 13 MAPA DE EVENTOS SÍSMICOS DE LA COSTA CARIBE COLOMBIANA Se debe tener en cuenta que a pesar de la posición de la zona de estudio dentro de la mencionada confluencia tectónica, como se verá más adelante, dentro del mapa de 32
  33. 33. riesgo sísmico se encuentra dentro de una zona de amenaza sísmica intermedia, veamos los mapas de la Norma NSR-10, Capitulo A-2. Figura No. 14 MAPAS DE ZONIFICACIÓN SISMICA- NSR – 10 Como se observa, en términos de diseño las variables consideradas son los valores Aa y Av, siendo la primera la aceleración pico efectiva y la segunda la velocidad pico efectiva y especificadas para las capitales de departamento, en el caso que nos ocupa, los valores de Aa = 0.10 y Av = 0.15, con la cual se cataloga como una zona de amenaza sísmica intermedia, a pesar de que dicha norma no fue concebida para este tipo de obras hidráulicas, si brinda un parámetros de juicio dentro de las consideraciones de diseño de los jarillones, diques o presas. Se debe tener en cuenta que uno de los motivos por los cuales podría fallar un tipo de estructuras de esta naturaleza es un sismo, los otros dos son, grandes avenidas y deficiencias en diseño y construcción. La presencia de materiales no cohesivos dentro de la estructura del jarillón y especialmente en la fundación del mismo, teniendo en cuenta los niveles de saturación que acompañan estas estructuras, las hace susceptibles a fenómenos de licuación que independientemente de su magnitud, pueden dar inicio a procesos de falla. 33
  34. 34. 2. TIPOLOGÍA DE LAS OBRAS DE CONTENCIÓN Y CONTROL DE AGUAS Es claro que las obras de contención de agua representa una gran gama de tipologías y clasificaciones, dentro de las cuales se encuentran a. b. c. d. e. f. g. Embalses agua potable Riegos Usos Industriales Hidroeléctricas Control de inundaciones Diques Obras arquitectónicas o de urbanismo Este trabajo solamente se tendrán en cuenta aquellas obras, que por su economía y sencillez puede ser aplicada de manera masiva a las circunstancias y filosofía de los jarillones a fin de contar con dispositivos adecuados para el control de las inundaciones, sin embargo, es importante tener en cuenta que los principios geotécnicos son similares a las demás obras independiente de las estructuras consideradas y el los elementos de diseño parten de la misma base. Estas estructuras pueden ser consideradas a manera de terraplenes o pedraplenes artificiales elaborados con materiales granulares simples, materiales mixtos de diversa índole con el uso de casi cualquier tipo de agregado o suelo, en este sentido, de acuerdo al material de construcción, se pueden clasificar así: h. Estructuras en tierra: En el cual el terraplén está constituido por suelos arcillosos, arenosos o una combinación entre estos. i. Roca – tierra: En las cuales el cuerpo está constituido por agregados gruesos o un enrocado dentro de los cuales se involucra una pared o un elemento de impermeabilización con arcilla o suelo fino. 34
  35. 35. 2.1. DEFINICIÓN Y USO DE LOS JARILLONES Un jarillón es una estructura hidráulica compuesta de uno o varios materiales sueltos que tiene dentro de sus funciones el almacenamiento de agua para el riego agrícola, sirve de contención a aguas para abastecimiento humano o industrial, para la prevención de inundaciones, para el mantenimiento de los niveles de los canales o su aumento, para la formación de lagos artificiales y que pueden ser involucrados dentro de infinidad de aplicaciones, que no solo se limitan al control de las aguas, sino también al almacenamiento de desechos mineros, como en el caso cercano, el manejo que la Multinacional Cerro Matoso, tiene con sus sobrantes, que con el objeto de controlar impactos ambientales, acopian en sectores limitados por jarillones, grandes volúmenes de materiales, igualmente en otros tipos de industrias se emplean las llamadas presas de relave, que con una filosofía, también ambiental, reciben grandes cantidades de agua mezclada con desechos mineros y bajo procesos de decantación y transporte separan los materiales asociados al proceso. 2.2 TIPOLOGIAS A continuación se presentan esquemas de los tipos más comunes de presas, diques o jarillones encargados del control del agua y los tamaños de partícula y geometría recomendables en su construcción. 35
  36. 36. Figura No. 15 ELEMENTOS DE LA PRESAS 36
  37. 37. Figura No. 16 TIPOS DE PRESAS 37
  38. 38. Figura No. 17 TIPOS DE RELLENOS CARACTERÍSTICOS 38
  39. 39. En la figura No. 15 se puede apreciar el corte de una presa de tierra con sus elementos constitutivos, una cresta o coronamiento y un recubrimiento, que en el caso de los jarillones usualmente se emplea un material granular tipo afirmado, con el objeto de aprovechar esta estructura como vía de transporte peatonal o de vehículos, para asegurar la estabilidad de la estructura se emplean filtros y materiales aislantes a través de los cuales se absorben y canalizan las filtraciones de agua dentro de la presa, como se mencionó anteriormente el cuerpo de la estructura puede ser roca o enrocado, suelo o una combinación de estos. Existen dos taludes característicos, uno llamado aguas arriba, que está en contacto directo con el agua en remanso o con la corriente, según sea la posición del jarillón, un talud externo o aguas abajo, que debería tener un tratamiento diferente debido a que está sometido a condiciones geotécnicas diferentes. Las presas de materiales sueltos mostradas en la Figura 16, dejan ver como para jarillones se pueden emplear: a) homogéneas con dren de pie construidas en materiales arcillosos, limosos o limo-arcillosos con taludes entre 1:2 a 1:2.5, este es el caso más común que se puede encontrar en el Departamento. b) Presenta una variación ya que se involucra un dren tipo chimenea en su interior consiguiendo una mayor eficiencia para cortar las líneas de flujo dentro de la presa. d) Se considera junto con el filtro, una barrera o núcleo impermeable para la misma inclinación del talud del numeral anterior. c y e) Considera un mayor núcleo construido con arcilla, su respectivo dren y una con la posibilidad de construirla en una serie de capas en el cuerpo de la presa. f) En este caso se utiliza una combinación entre agregado fino y roca, con núcleo de arcilla y sus respectivos drenes, debido a esta circunstancia y a la estabilidad conseguida la inclinación del talud es considerablemente menor, 1:1.6 a 1:2.0. Este tipo de estructura, con ciertas limitaciones, es también utilizada en nuestro medio. En los numerales g, h, i y j, se establecen algunos esquemas de presas elaboradas con pedraplenes, en todos los casos se considera los sistemas de filtración y las barreras hidráulicas, en términos generales son poco empleadas en el caso considerado debido a los costos que involucran este tipo de obra. En la Figura 17, se observa un ejemplo de las posibles combinaciones de materiales granulares gruesos y finos para construir una presa, el mapa conceptual hace una asociación en la que se involucran; tamaño de partícula, la resistencia y la permeabilidad de los materiales. 39
  40. 40. 3. CRITERIOS DE DISEÑO Al igual que cualquier otro tipo de obra de ingeniería y a fin de conseguir obras con una probabilidad alta de duración, se hace necesario el establecimiento de los parámetros específicos de localización, topografía, hidrología, geología y geotecnia que desde el punto de vista técnico y en concordancia con los materiales regionales, nos generen la solución más eficiente y económica. Un dique o jarillón en material suelto puede ser localizado en casi cualquier lugar geográfico, en valles, cañones, laderas de baja pendiente, los materiales, como se estableció en los capítulos anteriores tienen muy baja limitación, su cimiento no es exigente y pueden ser fundados en roca, arena, suelo fino, teniendo los cuidados normales de una obra de construcción. 3.1TIPO DE JARILLÓN La elección del tipo de estructura a construir está fundamentada en los siguientes elementos: 1. Tener en cuenta los estudios iniciales y consideraciones preliminares mencionadas, topografía, hidrología, geología y geotecnia. 2. Realizar las visitas necesarias a los sitios de obra, a fin de conocer las características físicas del lugar, la concordancia entre los estudios y la realidad. 3. Con lo anterior y con experticia del ingeniero, elegir alternativas que pueden entrar a un proceso de evaluación técnica y económica más detallado y así elegir la mejor solución. 3.2 ASPECTOS DE ORDEN ESPECÍFICO Teniendo una gama de tipologías y sectores de intervención, los elementos específicos hacen referencia a: 40
  41. 41. 3.2.1 Ubicación de las obras: Teniendo en cuenta que por sus características hidrológicas e hidráulicas, los jarillones pueden ser ubicados en diversos lugares, es preciso conocer tramos específicos de protección, ciertamente, la eficiencia de los estudios es imposible que lleguen a un 100%, por lo que es importante que en la etapa de visitas, el ingeniero busque la opinión de la comunidad y de las administraciones locales y municipales. 3.2.2 Geología y geotecnia: Las características de la fundación, independientemente de su sencillez, dependen de la geología y de los estudios de suelos realizados cerca a los sitios de cimentación, la caracterización de los materiales de fundación en cuanto a espesores de estratos, permeabilidades, tipos de suelos y resistencias son fundamentales en esta etapa. Los cimientos que podrían ser utilizados, en caso de que el suelo existente no sea competente, pueden ser de naturaleza rocosa o gravosa, caso en el cual el elemento de impermeabilización debe ir por debajo de la base de jarillón, cuando se trata de cimientos en suelo fino limoso, deberán ser estudiados de manera detallada ya que si la capacidad de soporte no es suficiente se podrían presentar asentamientos, si el suelo es arcilloso, resulta ser inadecuados y al igual que los limos, se pueden presentar fenómenos de cambios volumétricos, es preciso que se considere reemplazos en un espesor determinado, cuando esta soporte no es adecuado. En resumen, la cimentación debe ser evaluada desde el punto de vista de la capacidad de soporte, la estabilidad general, los asentamientos y las filtraciones, son tratados de manera más puntual en el capítulo 4. 3.2.3. Materiales de construcción Los materiales de construcción de los cuales se puede disponer en los sitios de obra, cerca o muy cerca de las cuencas de los Ríos Sinú y San Jorge, en el Departamento de Córdoba, son relativamente variables, como se puede inferir de la geología y litología considerada, las primeras etapas de los dos ríos discurren sobre montaña y ladera por lo que son poco probables los procesos de inundación, ya en las zonas planas de estas corrientes de agua se da inicio al ensanchamiento de las cuencas y a los problemas de inundación. 41
  42. 42. a. Rio San Jorge: Discurre sobre un valle conformado por suelos finos de naturaleza limo arcilloso, en la medida en que se aleja de las laderas se va perdiendo la cohesión hasta llegar a la zona cenagosa de Ayapel sobre un suelo totalmente predominantemente limo – arenoso fino. Figura No. 18 ASPECTO DEL VALLE DEL RÍO SAN JORGE Respecto de las canteras de agregados, desde el Municipio de Montelibano, hacia Ayapel, los materiales más comunes encontrados para la construcción de jarillones, son arenas limpias, arenas limosas y arcillosas de color que van de blancuzco a rojizo provenientes de depósitos aluviales, con índices de plasticidad variables, entre 0% hasta 21%. 42
  43. 43. Figura No. 19 MATERIALES ARENOSOS DE MONTELIBANO. Estos materiales aluviales se encuentran al margen izquierdo del Río San Jorge, a 2 kilómetros del casco urbano del Municipio de Montelibano. En los depósitos aluviales de la Figura 19, se observan arenas de gruesas y cantos rodados de 1.5 cm de naturaleza cuarzosa dentro de una matriz areno – arcillosa con índices de plasticidad cercanos al 4%. Figura No. 20 MATERIALES ARENO – ARCILLOSOS DE MONTELIBANO Estos materiales aluviales se encuentran al margen izquierdo del Río San Jorge, a 15 kilómetros del casco urbano del Municipio y a 2 kilómetros del Río. En este caso se trata de depósitos aluviales más finos y con mayores índices de plasticidad, de 8 a 21%, la arena se encuentra combinada con fragmentos de arcilla blanca con betas rojizas. 43
  44. 44. Figura No. 21 MATERIALES SOS DE LA APARTADA Estos materiales arenosos encuentran al margen derecho del Río San Jorge, a 10 kilómetros del casco urbano de la Apartada. Figura No. 22 MATERIALES ARENOSOS DE AYAPEL Estos materiales arenosos encuentran al margen derecho del Río San Jorge, a 10 kilómetros del casco urbano de Ayapel. En el caso de las Figuras 21 y 22, encontramos depósitos de arenas finas con alguna fracción de cantos rodados de 1.5 cm, con índices de plasticidad cercanos al 3%, es decir poco cohesivos. El agravante, se da en el sentido en que estas tierras son completamente planas con lo que se dificulta la obtención de un material de préstamo. b. El Río Sinú: Para los fines de este trabajo se considera de este Río, solamente el sector que discurre su zona inundable, compuesta por suelos de naturaleza limo – arcillosa, que de conformidad con su geología, son de coloraciones grisáceas y rojizas ocres. 44
  45. 45. Figura No. 23 CARACTERISTICAS DEL PAISAJE EN EL CURSO DEL RIO SINÚ 45
  46. 46. Para los jarillones, diques y terraplenes construidos con préstamo lateral, usualmente se vienen empleando los limos mencionados, esta actividad es mucho más común que a las orillas del Río San Jorge, en lo que hace referencia a materiales arcillosos, son escasos y solo en el municipio de Valencia, se encuentran algunos afloramientos de material areno – arcilloso, Figura No. 24 CANTERAS DE ARENAS EN VALENCIA Canteras de areniscas blandas y arenas bituminosas localizadas a 10 kilómetros del casco urbano del Municipio de Valencia. Cantera el Faro. Figura No. 25 CANTERA DE ARENAS - ARCILLOSA EN VALENCIA Este es un material que se encontró en una finca a 10 kilómetros de Guasimal.. La disponibilidad de materiales granulares gruesos es muy escasa en esta zona, por lo que se hace necesario acudir a las canteras de la Ciudad de Montería para disponer de tamaños de agregados superiores a 2” y con una resistencia suficiente para ser empleados en la construcción de obras hidráulicas, las areniscas del Faro resultan ser muy blandas para este tipo de obras. En este sentido, las distancias de acarreo, en algunos casos, son considerablemente grandes, mayores a 100 kilómetros. Las canteras de la Vía Montería - Planeta Rica cuentas con buenas características mecánicas, dentro de las cuales, Loma Grande y el Clan. 46
  47. 47. Figura No. 26 MATERIALES DE LA CANTERA DE LOMA GRANDE EN MONTERÍA Son rocas esquistosas formadas por areniscas y sheles intercaladas con sedimentitas de la Formación Cerrito, arcillolitas y limolitas carbonosas. Figura No. 27 MATERIALES DE LA CANTERA EL CLAN EN MONTERÍA Son rocas esquistosas anfibolicas de color verdoso, grisaseo a negro, compuestas por albita y trasas de actinolita, clorita y epidonta, igualmente se puede encontrar calcita, esferita, cuarzo, magnetita , magnetita, ocacionalmente betas de mica blanca. Este tipo de esquistos, pueden ser seleccionados y al escoger una buena beta, obtener materiales de rajón resistente para la construcción de los diques en pedraplén, no obstante su costo, pueden ser empleados para el recubrimiento, aguas arriba de la estructura. Para aquellos proyectos que quedan más cerca de la Ciudad de Montería o en el municipio de Cereté, las calizas al margen de la Vía que conduce a Arboletes podrían ser una alternativa viable, pues en este sector existen los afloramientos correspondientes a los materiales propios del Cinturón del Sinú, el Anticlinatorio de Abibe en el sector de las Palomas 47
  48. 48. Figura No. 28 MATERIALES DE LA CANTERA AGUAS VIVAS. VIA ARBOLETES La cantera de Calizas de Aguas Vivas se encuentra a 25 kilómetros de la Ciudadde Montería, se trata de calizas blanco – amarillentas fosiliferas en una matriz micritica. Cerca de esta fuente, existen una gran gama de fuentes de calizas que abastecen las obras de los municipios de Los Córdobas, Canalete, Puerto Escondido y Moñitos. Figura No. 29 MATERIALES DE LA CANTERA LA BALSA. CIENAGA DE ORO Los materiales de la Balsa, hacer referencia a una cantera de conglomerados de con diferente grado de cementación, no plásticos, compuestos por materiales cantos de origen volcánico, granodioritas y cherts, intercalado con una arena – arcillosa rojiza con plasticidad variable y otros tipos de agregados. 48
  49. 49. Figura No. 30 MATERIALES DE LA CANTERA SAN JOSÉ. LORICA Localizada a 5 kilómetros por la Carretera Lorica – Momil, esta fuente está compuesta por areniscas de grano medio, color crema a amarillo dentro de una matriz arcillosa compuesta por fragmentos cuarzosos u líticos de chert, micas intercaladas con niveles arcillosos de color rojizo. Figura No. 31 CANTERA SAN NICOLAS DE BARI. LORICA Se trata de afloramientos de calizas, en la salida del casco urbano del Municipio de Lorica, cerca del kilómetros 10, se trata de calizas arrecifales asociadas a la formación Tolú Viejo. 3.2.4. Hidrología e hidráulicos Uno de los aspectos más importantes dentro del desarrollo de jarillones y cualquier otra obra de protección, es sin lugar a dudas, la comprensión sobre la dinámica fluvial, la manera como se deben extractar los datos de campo para conocer con determinada precisión el comportamiento del cauce, respecto de caudales, momento en que se dan, localización de los flujos, tipología de los lechos, nivel de sedimentos y otros. 49
  50. 50. Dentro de las características mencionadas, seguramente la más importante para el diseño de los jarillones es el conocimiento de las avenidas, siendo estas las situaciones extremas bajo las cuales el caudal experimenta un crecimiento desproporcionado causando mayores efectos en cuanto a la erosión de las riveras y posibles desbordamientos, este hecho está relacionado de manera directa con los niveles de precipitación en el área de las cuencas que los conforman, en este sentido es importante considerar, de manera adicional a la propia condición de hidráulica fluvial, a su geometría, rugosidad del lecho, aforos y demás, los respectivos registros hidrológicos registrados en la cuenca que abastece dicho cause. Es importante mencionar que en las condiciones geomorfológicas de las cuencas de los Ríos Sinú y San Jorge, se pueden presentar variaciones de caudal que se observan antes y después de las lluvias de alta intensidad ya que existen temporadas en las que se presenta un incremento de la circulación basal y para precipitaciones generadas dentro de este lapso de tiempo, y comparadas con épocas de menor precipitación, se crea un aumento inesperado de los caudales de los ríos que se mantienen en el tiempo, teniendo en cuenta la dificultad de drenaje de las corrientes asociadas. De otra parte, y dentro de los mismos aspectos dinámicos del agua, es fundamental la consideración de los niveles de socavación, tanto general como local, teniendo en cuenta que este factor es el estudio de la socavación natural generada por la geomorfología de la cuenca, a través de controles topográficos en diferentes épocas del año, sin embargo, en muchos sectores de los ríos considerados el flujo se torna en subcrítico y se crean zonas de remanso en los cuales las partículas en suspensión dan origen a procesos de sedimentación, este es un factor que debe ser examinado de manera detallada, ya que se ha observado que en algunos sitios de estas cuencas, en temporadas de lluvia, las corrientes alcanzan velocidades considerables, por fuera de la condición de subcrítica, causando procesos importantes de erosión, que precisamente son los que han causado daños sobre las estructuras de protección y los jarillones recientemente construidos, tanto en el Río San Jorge como en el Sinú. Para el control de las inundaciones es importante considerar los conceptos asociados a la capacidad determinada del sitio específico por donde discurre la corriente del río. En la Figura 32 se muestra las partes de la ronda de un río y se toma una fracción del Río Sinú, para ejemplificarla, como se observa incluye un cauce máximo y una zona de seguridad, compuesta de algunos sectores, susceptibles de recibir determinadas cantidades de caudal, sin embargo, fuera de esta área, quedan las planicies inundables y es precisamente en estos sobreanchos, donde es posible de desbordarse el río. 50
  51. 51. Figura No. 32 PARTES DE LA RONDA DE UN RÍO 51
  52. 52. En consecuencia de lo anterior, la dinámica del cause es relativa a parametros importantes como la geometricos de secciones - pendientes y mecánicos, como son la geomorfología del cauce, la tipologia de flujo, el nivel de sedimentos o partículas en suspensión, la acapacidad de transporte de dichos sedimentos y la probabilidad de desbordamiento. Para el apoyo de los estudios hidrológicos y ambientales puntuales a cada proyecto el IDEAM, a nivel nacional tiene una red de equipos y estaciones a través de las cuales de hace el seguimiento de las condiciones ambientales de diferentes zonas del país y con la metodología establecida determinar los parámetros de diseño. Tabla No. 2 NUMERO DE ESTACIONES DE MEDICIÓN MEDIAMBIENTAL NACIONAL IDEAM 52
  53. 53. 4. ELEMENTOS GEOTECNICOSPARA EL DISEÑO DE JARILLONES En resumen, los jarillones tienen como fin soportar y encausar aguas, especialmente generadas en las avenidas y su estructura funciona en virtud de las condiciones propias de los materiales, sueltos, que los componen, es decir, los esfuerzos como empujes y flexiones, son soportados por agregados que en presencia de agua se comportan de manera inestable y tienden a desleírse por lo que la mayor parte de las fallas de estas estructuras se causan en estas condiciones, los estudios desarrollados sobre estabilidad de este tipo de represamientos, son muy precarios y el objetivo del diseño es el de asegurar de alguna forma, la supervivencia de los taludes aguas abajo, al estar sometidos a avenidas con fluctuaciones de niveles de agua que debido a las filtraciones y la erosión, causan la pérdida de estabilidad estructural y su colapso. A continuación veremos, con un mayor detalle, los parámetros geotécnicos complementarios que se han de tener en cuenta en el proceso de diseño. 4.1 REDES DE FLUJO EN JARILLONES Los niveles de agua dentro de la presa se manifiestan como una evolución de una línea interna de filtración, con ella, se presentan cambios internos en la presión de poros provocados durante esta saturación, situación que se basa en las características propias de medio, es decir, la viscosidad del flujo y la granulometría, la forma, los vacíos y la rugosidad de las partículas que componen el sistema. Las características del flujo dentro de estos medios granulares se estudian a través de la resistencia al movimiento en medios porosos de Darcy, con las respectivas modificaciones, a través de las cuales se demostró que el flujo de agua en este tipo de medios establecen una relación lineal entre la velocidad y el gradiente hidráulico, la ecuación general es: 53
  54. 54. Esta relación explica, de manera muy acertada, el flujo en suelos con tamaño de partícula desde limo hasta arenas medias y en suelos más gruesos es necesario conocer la relación entre la velocidad i y el gradiente. Para condiciones de flujo de medios porosos en términos no lineales, se han generado una serie de relaciones matemáticas de; Ergun (1952), Wilkinns (1956), McCorquodale (1978), Stephenson (1979), Martins (1990) y Gent (1991). 54
  55. 55. De acuerdo a las relaciones establecidas por las diferentes ecuaciones las líneas de flujo y la línea media de saturación es cercana a la observada en la Figura No. 33. Figura No. 33 CURVA DE SATURACIÓN DE UN JARILLÓN Empleando modelación con métodos numéricos, de la Figura No. 34, se observa el comportamiento de las líneas de flujo, respecto de sus presiones y velocidades. Figura No. 34 DIAGRAMA DE MODELOS NUMÉRICOS En la Figura 35 se observa una combinación de diversas permeabilidades en los componentes del jarillón, incluyendo la instalación de una barrera impermeable o un sistema de filtración tipo chimenea. En el Punto 1, un jarillón hecho de material de préstamo lateral, en el 2, una base en material de aluvión, en el 3, un cimiento en aluvión sobre una base de material impermeable, en el 4, se instala una barrera impermeable a mediana profundidad de la capa, en el 5, la barrera va hasta el estrato impermeable, en el 6 se instala un sistema de drenaje, como en el 7, que tienen un comportamiento similar, ya que cortan, completamente las redes de flujo y las encausan aguas debajo de la estructura, las líneas de flujo de la base no varían. 55
  56. 56. Figura No. 35 CONFIGURACIONES DE REDES DE FLUJO EN JARILLONES PARA COMBINACIÓN DE PERMEABILIDADES. 56
  57. 57. 4.2.1 Tubificación retrógrada Es el proceso a través del cual la filtración de agua dentro de la estructura, en este caso jarillón, genera arrastre de partículas hacia la superficie del terreno, causando erosión y generando oquedades internas a lo largo de las líneas de flujo, este fenómeno se presenta especialmente en suelos de naturaleza granular. 4.2.2 Sufusión Proceso de erosión interna en el soporte del jarillón, a través de un movimiento mecánico de partículas por dispersión, disolución o exportación, especialmente en terrenos de naturaleza fino – granular, como arenas finas, limos o arcillas, con alto contenido de sodio y en arcillas de tipo expansivo, al igual que la tubificación, se forman cárcavas y canales con lo cual se puede perder el soporte y generar falla estructural o provocar fenómenos de inestabilidad de los taludes. 4.2 ELEMENTOS DE FILTRACIÓN EN JARILLONES Con el objeto de abatir y controlar el movimiento de las aguas al interior de la estructura, se disponen de una serie de materiales filtrantes con los cuales se evitan los daños que pueden ser causados por los procesos de filtración dentro del jarillón. En consecuencia las principales funciones de los elementos de filtración son: 1. Bajar la presión generada por el nivel de aguas de infiltración con lo cual se incrementa la presión efectiva, mejorando la resistencia al esfuerzo cortante y manteniendo la resistencia general del jarillón. 2. Control del agua de infiltración y con él impedir procesos erosivos dentro de los materiales que conforman el jarillón. 57
  58. 58. Figura No. 36 ESQUEMA DE ALGUNOS TIPOS DE FILTROS. En la Figura 36 se observa algunas configuraciones de filtros que pueden ser implementados dentro de jarillones, las primeras dos se utilizan en presas de altura menor y las dos segundas en presas de mayor tamaño, se debe tener en cuenta que a nivel de presas de tierra, se considera una altura máxima de 25 a 30 metros, luego de lo cual es necesario implementar, dentro de la estructura, elementos de concreto. Un jarillón característico en una topografía como la tratada en este trabajo, va de 5 a 15 metros de altura en promedio, con lo cual los filtros A y B serían recomendables para el diseño de los jarillones, sin embargo, es posible que las otras configuraciones puedan ser, también empleadas. 4.3 ESTABILIDAD La estabilidad del jarillón está dada por las condiciones propias de la tipología estructural escogida para aplicar ya que de acuerdo a los componentes internos, la resistencia de los materiales empleados y su cimentación, se tendrá una geometría específica a ser aplicada, por ejemplo, la inclinación de los taludes depende de la contribución del núcleo en la estabilidad integral, se puede optar por taludes más verticales en caso de que los materiales más resistentes estén instalados en sectores donde sean contrarrestados los esfuerzos cortantes actuantes, así como la existencia de uno u otro filtro, dotará al jarillón de mejoras o más precarias condiciones de resistencia y estabilidad. 58
  59. 59. Los siguientes son los métodos utilizados para el análisis de la estabilidad de los jarillones: 1. Método del círculo de falla 2. Método de Fellenius 3. Método de Bishop Modificado 4. Método de equilibrio de fuerzas 5. Janbú simplificado 6. Sueco Modificado 7. Método de Sarma 8. Método de Morgesnstern y Prince 9. Método de Spencer 10. Método de Duncam y Buchigman. A pesar de que existen una gran gama de métodos de análisis de estabilidad, se debe cumplir con los siguientes parámetros básicos: • • • • Establecer un mecanismo de falla probable, es decir que el alineamiento es plano o circular, uniforme o regular y así se puede aplicar un método convencional. Se debe suponer que la masa que está en posibilidad de deslizarse se encuentra en un estado límite y que las condiciones de falla se cumplen a lo largo del alineamiento considerado. Los métodos aplicados se diferencian por el grado de cumplimiento en la satisfacción de las condiciones de equilibrio estático. Se debe establecer un factor de seguridad (FS), que relaciona la resistencia al corte disponible con la calculada e iterando buscar un círculo crítico de falla, en caso que la falla tenga esta geometría. En caso que el análisis sea de naturaleza plana, se podrán hacer análisis bidimensionales y tridimensionales con errores permisibles menores a 10%. En el siguiente esquema, de la Figura 37, se observa una división de las diversas metodologías de diseño, de acuerdo a su grado de complejidad y tipo de cálculo. 59
  60. 60. Figura No. 37 METODO DE ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES UTILIZADOS EN EL CÁLCULO DE JARILLONES. 4.3.1 Factor de seguridad Es el factor a través del cual se permiten reducir los valores de resistencia al corte que se tienen a fin de establecer un talud en la posición del estado límite a lo largo de una línea de falla determinada, sin embargo el valor calculado no depende solamente del método de análisis sino también de las suposiciones que se tengan a bien tomar debido a la condición propia del jarillón seleccionado. De acuerdo con determinaciones efectuadas por Bishop (1952), el FS, no es constante ya que existe una variación en los esfuerzos cortantes dentro de una presa, como se observa en la Figura 38. Figura No. 38 DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS DE CORTE EN UN TERRAPLEN. 60
  61. 61. En este caso, la distribución de esfuerzos según la teoría de Bishop (1952), de da de manera radial luego de un análisis elástico, de acuerdo a esta situación, aun cuando el valor del FS sea superior a 1.5 o 1.0, en algunas zonas de la estructura puede ser menor. El FS adoptado para el diseño de un jarillón sería el resultado de un análisis probabilístico de falla, combinado con la experticia del ingeniero diseñador de acuerdo a las condiciones geológicas y climáticas consideradas en los primeros capítulos, los valores de FS, de acuerdo a Walker y Fell (1987), oscilan entre 1,1 que trata de una estructura con poca importancia hasta valores superiores a 1.5 cuando los factores de riesgos de vida relacionados a la obra y los aspectos económicos son importantes, como es el caso que nos apremia, si se tiene en cuenta que gran parte de la población y la riqueza agrícola y ganadera del Departamento de Córdoba se encuentra en las zonas inundables de los Ríos Sinú y en alguna medida el San Jorge. Los análisis geotécnicos que por su complejidad deben ser hechos a través de esfuerzos totales, involucran conjeturas respecto de los niveles de saturación de los materiales, aspectos de carga y esfuerzos aplicados, están muy relacionados con el tiempo en caso de considerar la teoría de la consolidación unidimensional, de acuerdo con la relación: T = Cv t / D2 Siendo: T: Tiempo adimensional Cv: Coeficiente de consolidación [T, m2/s]. t: Tiempo de drenaje [T, Días, meses]. D: Longitud de trayectoria del drenaje [L, m]. El drenaje se considera rápido si T>3.0, en arenas, lento si T< 0.01, condición no drenada en arcillas e intermedio en materiales de naturaleza limosa, en las épocas de lluvias, cuando los jarillones son sometidos al influjo de las aguas, se presentan incrementos en las presiones de poros y se generan fallas en condición drenada, sin embargo, esta situación es diferencial cuando dichas estructuras están construidas con diversas tipologías de material, caso en el cual los análisis deberán hacerse de manera separada, en este caso extremo de máxima saturación, de manera independiente a la composición del mismo, el suelo se 61
  62. 62. comporta como si fuera cohesivo y los resultados se pueden analizar como esfuerzos totales, la resistencia al corte tiene un ángulo de fricción nulo y el valor de la resistencia es Cu/FS, que es el valor de la resistencia considerado de manera independiente al esfuerzo normal a la superficie de rotura asumido, el valor de la presión de poros no es importante en esta caso. Los jarillones construidos con arcillas blandas o limos se diseñan por medio del análisis θ υ= 0 y deben ser controlados en obra en términos de esfuerzos efectivos. Para las diferentes modalidades de análisis se adiciona la de considerar de manera separada, los taludes aguas arriba y aguas abajo, a diferentes condiciones de carga, con las características dinámicas propias de la zona, como la variable sísmica, la acción de las avenidas, las sobrecargas y naturalmente los cambios rápidos de saturación. En términos de esfuerzos efectivos, la resistencia al corte del suelo en condiciones de equilibrio límite es: Este análisis es común utilizarlo para consideraciones de largo plazo, tiempo en el cual la presión de poros puede ser determinada de manera más fácil. Los parámetros de resistencia al corte para el análisis, se establecen bajo dos procesos de carga; eventos rápidos en los cuales las presiones de poros no alcanzan a disiparse debido a la falta de drenaje; en procesos lentos en los cuales la carga se incrementa con el drenaje y por tanto se disipa los excesos de presión de poros. Como vemos, la estabilidad de taludes en los cuerpos de materiales sueltos empleados como jarillones, pueden estar sometidos a una infinidad de esfuerzos de diversa naturaleza, sin embargo, en términos de importancia, las presiones intersticiales y la resistencia al corte juegan un papel fundamental en este proceso ya sea en las etapas de construcción o en el servicio de la estructura, siendo este un fenómeno completamente dinámico en el tiempo. 62
  63. 63. 4.4 PRINCIPIOS DEL MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE Este tipo de análisis establece un talud indefinido horizontalmente, bidimensional, con mecanismo de falla plano o curvo, el suelo se considera como un conjunto de elementos rígidos, que se subdivide en fragmentos, como se observa en la figura Figura No. 39 TIPOLOGÍA DE BLOQUES EN EL MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE. Se asume rotura de Mohr Coulomb, a través de ecuaciones estáticas se suponen en equilibrio los bloques y se determina la resistencia tangencial establecida en los alineamientos de falla y se establece para ellas un FS, este procedimiento es repetitivo hasta encontrar el alineamiento crítico, correspondiente al FS más bajo. Con base en este método se establecen toda una serie de metodologías de análisis, que determinan métodos exactos y no exactos, de rotura planar, circular, dovelas y otros, resumidos en la Figura 36 de este trabajo. De los métodos exactos, el círculo de fricción determina que las fallas se producen de manera rotacional alrededor de una fracción de circunferencia hipotética de radio R, como se observa en la Figura 40. 63
  64. 64. Figura No. 40 FUERZAS ACTUANTES EN UNA SUPERFICIE CIRCULAR DE DESLIZAMIENTO El procedimiento de análisis establece que A y W pueden ser conocidas en magnitud y dirección, U puede estimarse de acuerdo a las condiciones hidrogeológicas del sitio, N’ es la resultante de las tensiones efectivas en una superficie circular y Rm, la resultante de las tensiones tangenciales necesarias para llegar al equilibrio, al cual se llega con el criterio Mohr – Coulomb, con componentes cohesivos y friccionantes que deben ser tratados de manera independiente. 64
  65. 65. Figura No. 41 DETALLES SOBRE LAS FUERZAS INVOLUCRADAS EN EL ANÁLISIS DE TALUDES. Luego de los análisis respectivos, se encontrará que surgen 3 ecuaciones con 4 incógnitas, por lo que se debe asumir estableciendo una indeterminación que debe ser salvada asumiendo la distribución de las líneas de acción de N’ y Rφm, quedando como incógnitas F y N’, para resolver el sistema. Este es solo el principio de uno de los procedimientos de análisis de estabilidad de taludes que deben ser aplicados aguas arriba y aguas abajo del jarillón, a fin de conocer las variables de la estabilidad geotécnica de la estructura con los materiales que se emplearán en su construcción y la configuración geométrica del mismo, asociado este factor con los elementos establecidos en el resto de los capítulos se tienen los elementos necesarios para conseguir un jarillón que ofrezca las condiciones de estabilidad y funcionalidad necesarias en el tiempo y así ejercer control en el cauce y las crecidas de los ríos San Jorge y Sinú. 65
  66. 66. 5. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN De manera particular, los jarillones tratados hasta el momento, hacen referencia a aquellas estructuras elaboradas con materiales granulares, finos y gruesos encontrados en las zonas aledañas a los cauces de los ríos, en el caso que nos interesa, el San Jorge y el Sinú. Como vimos, en los capítulos precedentes, estos cursos guardan alguna similitud, en especial en las zonas planas y los valles que los conforman y que es precisamente en los sectores que interesa aplicar los procedimientos de control de inundaciones. De manera general, los causes de estos ríos, en su parte baja, discurren, como es natural, sobre suelos finos; limos, arcillas, arenas finas o una combinación de ellas y eventualmente, algunos cantos producto de los procesos de arrastre, sin embargo, sus desembocaduras tienden a ser similares, grandes porciones de terreno inundable, que en el caso del Río San Jorge, coinciden con el inicio de la Depresión Momposina y el Río Sinú, con las zonas cenagosas de Lorica, San Antero y en su zona deltaica correspondiente al estuario de Cispatá. Estos sectores difícilmente pueden ser controlados con estructuras hidráulicas simples, pero aguas arriba, existen infinidad de asentamientos humanos y agrícolas, que pueden ser habilitados y protegidos de las avenidas de agua. 5.1 TIPOLOGÍA IDEAL DE PRESAS Independientemente de la zona de inundación, las estructuras de jarillón que resultan ser las más apropiadas, dentro de la gran gama de modelos de construcción mostradas a lo largo de este informe, son aquellas que por su costo, asociado a condiciones geomorfológicas, de materiales y de eficiencia se podrían ser ejecutadas en diversas zonas de la geografía cordobesa y mitigar, reducir o evitar el influjo de las aguas en las épocas de invierno del Departamento, en la Figura 42 se muestran algunos tipos simples de jarillón que pueden ser elaborados con los materiales regionales disponibles, siguiendo. 66
  67. 67. Figura No. 42 FORMAS TÍPICAS DE JARILLONES ECONÓMICOS. 5.2 PRELIMINARES En el caso que nos ocupa, son todas aquellas actividades necesarias para la construcción adecuada de la obra, el replanteo, el cerramiento, el aislamiento de la zona de trabajo, que en ocasiones es un jarillón o dique provisional que mantendrá limitada la entrada de las aguas a la zona de trabajo y la asistencia continua de la comisión de topografía, para las actividades de replanteo. 5.3 DESCAPOTE Dentro del proceso de construcción de cualquier tipo de obra, independiente de la naturaleza que esta sea, el retiro de la capa vegetal es fundamental como parte de las actividades preliminares de la ejecución del proyecto, sin embargo, como veremos más adelante, en este caso es fundamental, para conservar la integridad estructural del jarillón ya que al no hacerlo, se puede constituir como un punto de debilidad que podría generar su colapso. 67
  68. 68. 5.4 CIMENTACIÓN Luego de los análisis geotécnicos respectivos, se coloca la capa de material con la cual se homogeniza el soporte, en caso de existir dentellón, se hacen las excavaciones del caso y se homogenizan los materiales de base estructural, el jarillón es una zapata infinita para el terreno de fundación. Como se puede apreciar, en las diferentes tipologías estructurales, las excavaciones correspondientes a cada clase de jarillón se hacen de manera superficial, con dentellones y en algunos casos por fuera de la base del elemento, en especial cuando se trata de trabajo hechos dentro del propio lecho del río, aguas abajo del jarillón. 5.5 DRENAJES Y AISLANTES Las obras de drenaje construidas, buscan abatir las aguas freáticas de la estructura y disminuir el caudal de infiltración dentro del jarillón, como se observó en los capítulos anteriores, el objetivo es asegurar su estabilidad evitando fluctuaciones de los niveles de saturación ya sea con el sistema de filtración o cortando o alejando las redes de flujo mediante diversos materiales, permeables o impermeables que bajo su combinación permitan encontrar propiedades especiales a fin de establecer un funcionamiento adecuado del jarillón. Un núcleo a dique aislante impermeable, puede ser elaborado de diferentes materiales finos, a través de los cuales se corten las redes de flujo, estos pueden ser limos arcillosos o arcillas, sin embargo también pueden ser utilizadas arenas limosas, pero en este cado dicho núcleo ha de ser mucho más grueso. El ancho mínimo es de 1.00 m en la parte superior y una base de H/2, siendo H la altura del Jarillón, si el material es arcilloso este espesor oscila entre 1/3 y 1/7 de H. Los filtros son materiales granulares captadores de caudal que deben están envueltos o limitados a través de geotextiles que eviten la migración de finos del cuerpo del jarillón. 68
  69. 69. 5.6 CUERPO DEL JARILLÓN Escogido el tipo de estructura, el procedimiento de construcción estará ligado a cumplir con los requerimientos técnicos de la obra, dentro de los cuales, la compactación, ocupa un lugar primordial en los jarillones con cuerpo de material granular fino, arenas, limos o arcillas y el adecuado manejo de las humedades óptimas de densificación. Algunos de los criterios respecto de los materiales finos que pudieran componen el cuerpo de los jarillones en esta región del país, son los siguientes: • • • • Es ideal que el material arcilloso tenga entre 40 y 60% de arcilla para su fundación y para el cuerpo, con esta misma proporción de ligante, el material sigue siendo bueno, sin embargo es aconsejable proteger sus caras a través de revestimientos. Si el material es una arcilla arenosa y posee entre 20 y 40% de arcilla, se atenúa un poco la estabilidad respecto de la anterior, pero sigue siendo buena. Si el material es una arena arcillosa y presenta entre 10 y 20% de arcilla, el comportamiento general es regular en cuanto a la fundación como en el cuerpo del jarillón y es necesario implementar elementos especiales como son los filtros, barreras y demás elementos de control de la filtración. Si es una arena con porcentajes de arcilla inferiores a 10%, no puede ser utilizada en la construcción de jarillones, no es estable desde ningún punto de vista. Es claro que dentro de los procesos de clasificación de los materiales utilizados en los jarillones, los resultados de loa límites de consistencia son importantes, así como la capacidad de expansión de los materiales arcillosos, los materiales que presentan Limites líquidos muy altos y las arcillas expansivas, no son apropiados para la construcción de este tipo de estructuras ya que los cambios volumétricos asociados a la saturación de estos materiales son de gran magnitud, sin embargo, es posible pensar en adiciones de químicos o cementos que puedan estabilizarlos y en el uso de elementos de revestimiento del jarillón a fin de mitigar los cambios de humedad. 5.7 OBRAS DE PROTECCIÓN Los elementos y materiales de protección de taludes y corona pueden ser diversos, teniendo en cuenta que cada una de las caras estará sometidas a 69
  70. 70. diferentes tipos de esfuerzos y condiciones ambientales. Aguas arriba, los taludes están sometidos al influjo de las aguas del río, a la lluvia y a la fluctuación de los caudales. El enrocado puede ser colocado de manera directa sobre un filtro de grava con un espesor de 0.3 m, o en volteo con un espesor de 0.45 m, sobre taludes 2:1 y se debe extender hasta el pie del jarillón donde se aumentará el espesor de dicho material. El talud aguas arriba puede ser protegido con grama y la corona con un afirmado de 0.15 m de espesor. 70
  71. 71. 6. EXPERIENCIAS DE CONSTRUCCIÓN DE JARILLONES EN LOS RÍOS SAN JORGE Y SINÚ A continuación estableceremos algunas de las posibles falencias en las fallas de jarillones en casos específicos de control de inundaciones de los ríos San Jorge y Sinú. 6.1 JARILLÓN SECTOR MARRALU Localizado al sur occidente del Departamento de Córdoba, es un sistema de jarillones que rebordean el Río San Jorge en el Municipio de Buenavista y Pueblo Nuevo, cerca de los límites con el Departamento del Cesar, Figura No. 4 (A), justo dentro de la zona de mayor susceptibilidad de inundación, antes de llegar a los terrenos deltaicos de la Depresión Momposina. Durante los primeros meses del año 2010, con el inicio del periodo de lluvias, la CVS, contrato los diseños y, posteriormente, construcción de un jarillón en este sector, a través del cual se taponara una entrada que el río tenía debido a la presencia de una depresión provocada por un antiguo meandro del Río San Jorge y que complementaría el control de inundaciones de una vasta zona de los Municipios de Buenavista y Pueblo Nuevo. Los diseños establecieron los parámetros geotécnicos específicos en cuanto a materiales, inclinación de taludes, filtros así como una geometría específica en cuanto a su curvatura y la altura propia de la estructura a fin de evitar la posible avenida del Río con las lluvias que se estarían presentando durante varios meses del año. Es claro que para esta fecha no se tenía previsto que el invierno que se avecinaba tendría la magnitud, que unos meses después provocaron los conocidos desastres en buena parte de los sectores inundables de los departamentos de Bolívar, Córdoba, Sucre, Atlántico y Magdalena. 71
  72. 72. En la Figura 43, se observa la localización del proyecto de Jarillones de Marralú y la fracción del área de influencia del mismo, dentro de los Municipios de Pueblo Nuevo y Buena Vista. 72
  73. 73. Figura No. 43 LOCALIZACIÓN DE JARILLONES DEL SECTOR MARRALU. PUEBLO NUEVO. 73
  74. 74. En la siguiente figura, se observa la magnitud de intervención de cerca de 600 metros de longitud, a manera de arco, haciendo un símil de la curvatura que el Río genera. Figura No. 44 ESQUEMAS DEL JARILLON MARRALÚ. Se aprecian dos estructuras, una inicial, (línea punteada en color rojo), cuya función buscaba generar un dique con el cual se evitaría la entrada del agua a la fundación y que permitiría, a través de un sistema de bombeo, aislar del agua la obra de construcción definitiva (Línea de color amarillo). 74
  75. 75. La obra provisional, como se observa en las fotografías, no tuvo la estabilidad suficiente para resistir el tiempo necesario para la construcción del jarillón, a pesar de que se instalaron varias bombas, el caudal de infiltración fue superior al necesario para mantener la fundación seca y finalmente se dejó de bobear y el flujo de las aguas del Río provocaron la falla este estructura provisional, Figura No. 45. Figura No. 45 FOTOGRAFIAS DEL DIQUE PROVISIONAL Y EL JARILLÓN DEFINITIVO. Figura No. 46 FOTOGRAFIAS DE LA CONSTRUCCIÓN DEL JARILLÓN La obra provisional de elaboró con material limoso de préstamo con un alto contenido de materia orgánica. Para la construcción del jarillón, se empleó un material de tipo arcilloso rojiza, con betas blancas, con una plasticidad media de 25% y con un pequeño contenido de arena fina, proveniente de una cantera localizada a 10 kilómetros del sitio de la obra, cerca del poblado de Cintura. 75
  76. 76. Figura No. 47 CANTERA DE ARCILLA, SECTOR LA CABULLA. La altura del jarillón osciló de 10.00 m en la parte más alta y 4.00 m en la parte más baja, su proceso de compactación fue realizado a través de un cilindro compactador pata de cabra y no se tuvo un control específico de densidades ni control de espesores de capas. Figura No. 48 ALTURAS Y TALUDES DEL JARILLON NUEVO 6.1.1 Falla del jarillón Durante el final del proceso de construcción se inició la elevación del nivel de las aguas y a los dos meses de este construido se empezaron a presentar problemas erosión en los jarillones a los cuales se unía la estructura nueva. (Figura No. 49). 76
  77. 77. Figura No. 49 JARILLONES LATERALES. ANTIGUOS Figura No. 50 FALLAS DEL JARILLON NUEVO Como se observa, la patología del jarillón nuevo es diferente a los fallos de la estructura antigua, a pesar de que se presentó en agrietamiento longitudinal, el jarillón nuevo logró resistir, de mejor manera, los abates de avenida, unas semanas después se inició un proceso de filtración en las bases, aguas abajo del talud, lo que evidenció la presencia de procesos de tubificación. 6.1.2Falencias en la construcción y posibles causas del fallo Independientemente de los parámetros de diseño del jarillón, la estructura no contó con los elementos mínimos requeridos para garantizar una estabilidad duradera, por ejemplo: 1. Taludes con poca pendiente, en general, como se observa en los diferentes registros fotográficos, fue de 1:1, cuando se esperaba mínimo 2:1 o 3:1. Especialmente aguas arriba. 2. La condición propia de la obra, en la cual no se retiró, en su totalidad la capa de lodo y se permitió la colocación del material de la presa sobre una combinación de agua y lodo orgánico facilitó la prematura aparición de una 77
  78. 78. superficie potencial de falla por donde se podía dar inicio a procesos de filtración y posteriormente tubificación. 3. No se contó con el equipo apropiado ni un proceso idóneo de compactación, no se establecieron los lineamientos geotécnicos que permitieran conocer las humedades óptimas y densidades específicas para este tipo de obra, por lo cual la resistencia que podía ser alcanzada con este material fue aleatoria. 4. No se contó con sistemas de filtración, ni mucho menos disposición y manejo de las aguas de infiltración, no se establecieron barreras no controles a las líneas de flujo, su construcción no obedeció a ningún tipo de modelación o simulación matemáticas abstraída de las condiciones y caracterización propia de los materiales empleados. 5. No se instaló ningún tipo de protección a los taludes del terraplén, el material quedó expuesto a los procesos de cambio súbito del nivel de las aguas, a flujo de las mismas y a las condiciones ambientales. Con todo y las falencias descritas, la estructura alcanzó a resistir buena parte de la temporada inverna, no así con la estructura antigua, que aun cuando no se esperaba su colapso, se presentaron desbordamientos en diversos sitios cercanos a este lugar, dando como resultado inundación y pérdida, especialmente de animales, cultivos y eventualmente afectaciones puntuales de vidas humanas. Figura No. 51 INUNDADACIONES AL SUR DEL MUNICIPIO PUEBLO NUEVO. 78
  79. 79. 6.2 JARILLONES SOBRE EL RIO SINÚ Por la densidad de población y la importancia económica de los valles del Río Sinú, existen muchos más antecedentes recientes de construcción de jarillones en sus riveras, en este caso, observaremos la construcción de un jarillón realizado a la orilla del Río, cerca de la zona poblada de Severá, en el Municipio de Cereté, al Norte de la Capital del Departamento, Figura No. 4 (B). En este caso, la CVS, para finales del año 2011 contrato construcción de jarillones y protección de riveras de este sector, además de los realces de los mismos, dada la posibilidad de desbordamiento del Río en este sector. Figura No. 52 PROTECCIÓN DE RIVERAS Y REALCE DE JARILLONES EN EL RIO SINÚ. Como se observa en las fotografías, se emplearon materiales de préstamo lateral, que se conformaron y compactaron de acuerdo a especificaciones técnicas establecidas por la entidad contratante, Proctor Normal al 90%, dado que se requiere un mayor contenido de humedad, a fin de conseguir mejor comportamiento geotécnico al ser sometido a condiciones de saturación. Figura No. 53 ESQUEMA DEL PROCESO DE TRABAJO JARILLONES DEL RÍO SINÚ 79
  80. 80. En la Figura No. 54, se observa el esquema del proceso de construcción, que consiste en: 1. Realce del jarillón mediante el empleo de material de préstamo lateral, limo arcilloso, de color oscuro con plasticidad media de 5%. 2. Instalación de un geotextil tipo NT 4000, en la cara correspondiente al talud aguas arriba y con una inclinación de 2:1. 3. Instalación de piedra rajón, proveniente de la cantera el Hueso, en el Municipio de Montería, material de origen calizo de dureza baja, con un porcentaje de desgaste en la Maquina de los ángeles de 35%. 4. Instalación de césped en el talud aguas abajo y una capa granular de corona de afirmado. En las siguientes fotografías se observa un resumen del proceso. Figura No. 54 CONFORMACIÓN DE TALUDES E INSTALACIÓN DE MATERIALES. 80
  81. 81. Las fotografías muestran la instalación de las diferentes capas de material, geotextil, rajón y demás y al conformación de las inclinaciones de los taludes, especialmente aguas arriba del jarillón. Este procedimiento de trabajo fue mucho más eficiente que el primero, se lograron contener las aguas del Río Sinú y de manera adicional, la corona de este terraplén fue habilitada para ser utilizada como vía de comunicación. 81
  82. 82. 7. ALTERNATIVA AMBIENTAL CON EL USO DE NEUMATICOS PARA PROTECCIÓN DE JARILLONES Y RIVERAS La cultura del reciclaje ha sido un factor determinante para atenuar el impacto, que sobre el medio ambiente, tienen las actividades humanas y el búsqueda de una política de sostenibilidad los gobiernos de los países intentan implementar procesos y procedimientos más amigables con nuestro planeta, en este sentido, y dadas las circunstancias de coyuntura en la consecución de materiales resistentes al desgaste del agua y a la abrasión de sus partículas en suspensión, un material como el caucho vulcanizado, por su naturaleza estable, generaría una barrera sólida para la erosión de todo tipo. 7.1 USO DE NEUMATICOS EN LA PROTECCIÓN DE RIVERAS DEL RIO SINÚ En los últimos años, se han presentado ejemplos importantes de reciclaje de neumáticos viejos sobre las riveras del Rio Sinú, es el caso de Boca de la Ceiba, un poblado localizado en el margen izquierdo del Río, el cual fue tratado con este procedimiento, en algo más de 0,5 kilómetros, como indica el registro fotográfico. Figura No. 55 PROTECCIÓN DE LA RIVERA DEL RÍO SINÚ BOCA DE LA CEIBA. 82
  83. 83. A pesar de que no han sido afortunadas las aplicaciones con este tipo de procedimiento, la filosofía del uso, como tal de este material, si es acertado, como se observa en el proceso de construcción, (Figura 56), el contratista simplemente conforma el talud aguas arriba y sobre este mismo material, apoya es sistema, en este caso es un especie de trama con hierro figurado, que se hace más complejo en la fotografía inferior, sin embargo el colapso del sistema genera una especie de desperdicio de neumáticos de muy mal aspecto ambiental. Figura No. 56 PROCESO DE CONSTRUCCIÓN CON LLANTAS RECICLADAS. Es claro que estas prácticas han involucrado, inclusive, el uso de hierro de refuerzo, solo o con adición de concreto hidráulico, vaciado dentro de los espacios vacíos de las llantas, pero de una u otra forma se ha sobrevalorado su colapso. Este fenómeno es causado por los procesos de socavación que afectan de manera directa, la estabilidad global del sistema, no son las llantas ni la retícula, sino su cimiento, que en virtud de dichos fenómenos hidráulicos, pierde completamente su integridad en el momento en que la corriente de agua desplaza las partículas de suelo fino que no tiene la firmeza ni la cohesión necesaria para resistir estas fuerzas. 83
  84. 84. 7.2 PROPUESTA DE ALTERNATIVA DE USO DE LLANTAS RECICLADAS. Con el objeto de aplicar, de manera más segura, un sistema de contención más eficaz, es indispensable asegurar un adecuado soporte y el control de las corrientes de arrastre, que socavan las partes blandas del sistema, es posible que en este intento, los factores económicos resulten ser contradictorios y una solución convencional, pudiera ser más económica. Figura No. 57 TALUDES Y MUROS CON LLANTAS RECICLADAS. El empleo de llantas de reciclaje en la conformación de taludes, es un ejercicio relativamente común, como se indica en el registro fotográfico, para taludes con exigencias mínimas, resulta ser una buena práctica, que puede ser realizada colocando los elementos simplemente apoyados en unos sobre los otros o incluso rellenos de concreto y reforzados, como se observa en la parte baja inferior derecha del registro fotográfico, para elaboración de muros. En el caso que nos ocupa, en el cual se presentan circunstancias, ciertamente más complejas desde el punto de vista dinámico, debido a la acción de las corrientes de agua, se debe atender de manera más eficaz los elementos que servirán de soporte estructural. 84
  85. 85. Desde el punto de vista académico se esbozará una metodología de trabajo en la cual se pueda aprovechar de manera racional, las llantas viejas dándole una mayor importancia a los elementos accesorios a las mismas y al terreno que conforma el jarillón, dique o rivera. 7.2.1 Actividades preliminares Dado un terreno natural normal, a orillas de un Río, como el Sinú, preferiblemente en época seca, con estudios y diseños terminados, se ha de estimar la zona de trabajo, donde se pretende construir el jarillón, dique o muro rivereño, con el uso de neumáticos usados, conformando sectores de trabajo entre 80 y 120 metros de longitud, para alcanzar una cota determinada. Figura No. 58 CONDICIÓN INICIAL DE UNA RIVERA A INTERVENIR. Se debe, inicialmente construir una estructura provisional, que servirá de barrera para aislar la zona de trabajo, luego de terminada se extrae el agua interna a través de un sistema de bombeo, este dispositivo debe permanecer en el transcurso de tiempo en que se lleve a cabo la obra. En la Figura 58 se aprecia, en línea punteada la pretensión de realce del jarillón y cómo debe limpiarse la parte baja del talud, retirando la capa de material fino, orgánico, saturado que pudiera entorpecer la integridad de la estructural que se ejecutará aguas arriba del talud. De esta forma se conforma la sección inicial en la pata del talud. 85
  86. 86. Figura No. 59 ADECUACIÓN DEL SECTOR DE TRABAJO 7.2.2 Cimiento Es posible que por la naturaleza propia del sitio, el sector que se ha descapotado, ofrezca un aspecto poco apropiado de soporte con pobres características, en cuanto a resistencia, en este caso sea necesario y casi obligatorio, que se instale una capa de mejoramiento. Figura No. 60 DIAGRAMA DEL DESCAPOTE Y LA EXCAVACIÓN 86
  87. 87. Figura No. 61 ESQUEMA DE LA EXCAVACIÓN ESCALONADA Y DEL GEOSINTETICO DE SEPARACIÓN En la Figura 61 se puede apreciar, a manera de sugerencia, un soporte escalonado del talud y las excavaciones mínimas que deberán inducirse dentro de la rivera a fin de conseguir un soporte homogéneo, esta sección se cubre con un elemento de que servirá de separación, es decir, un geotextil que evite la migración de los finos en los periodos de fluctuación del nivel de las aguas. En la parte superior se observa una caja cuadrada, que debe ser construida para instalarse un filtro longitudinal, que servirá de captación de aguas de infiltración que genere un mecanismo de corte de las redes de flujo, en el momento en que la cota de inundación supere los niveles mínimos de la rivera del río, este caudal debe ser manejado de acurdo con las condiciones propias del proyecto. Como se observa en la misma figura, el geotextil debe sobrepasar las excavaciones, inferior y superior, especialmente esta última, ya que servirá de envoltura al filtro longitudinal. 87
  88. 88. Figura No. 62 ESQUEMA DE LA CAPA DE CONCRETO DE SOPORTE Figura No. 63 SECCIÓN FINAL DEL JARILLÓN PROPUESTO Se debe tener en cuenta que esta solución debe ser duradera y debe garantizar una determinada estabilidad en el tiempo, razón por la cual se deben tener en cuenta cada uno de los pasos y la instalación propia de los elementos que conforman el sistema. 7.2.2 Estructura de protección La instalación de las llantas recicladas se hace de la siguiente forma: 1. Retiro de una de las caras de la llanta: Mediante una herramienta de corte quitamos una de las partes laterales del neumático, como se observa en la Figura 65, este procedimiento le da una mayor capacidad de recibir volumen de material y mejora el proceso de unión entre las capas. 2. Se replantea y se colocan los neumáticos debidamente alineados, formando una retícula triangular, como lo indica la Figura 64. 88
  89. 89. Figura No. 64 DISTRUBUCIÓN DE LOS NEUMÁTICOS Y MATERIALES DE RELLENO 89
  90. 90. Figura No. 65 ESQUEMA DEL PROCESO DE PRODUCCION 90
  91. 91. 3. Como se puede apreciar en la misma figura 64, se puede combinar parte del material de préstamo, con el concreto de relleno de las llantas, desde todo punto de vista, es un trabajo artesanal, con cierto grado de precisión ya que de antemano se deben seleccionar, por diámetro y espesor para que sean adecuadamente ubicadas, alineadas horizontal y verticalmente. 4. Se pueden establecer configuraciones a partir de las 3 filas en adelante, siendo este un valor mínimo y al conformarse el terraplén, será necesario cubrir, con concreto, algunas oquedades que quedarían descubiertas, durante el proceso de construcción, que se encuentran en la parte derecha de la figura como pequeños triángulos amarillos. Figura No. 66 VISTA SUPERIOR Y LATERAL DE LAS CAPAS DE LLANTAS 91
  92. 92. 7.2.3 El Jarillón y acabados Finalmente, el realce de la rivera del río se hace con material de préstamo lateral, limo, arena limosa o arcilla limosa debidamente conformada y compactada y sobre la cual se coloca un material de afirmado, a manera de protección del terraplén con una capa de material vegetal de cobertura que evitara su erosión con el viento y la lluvia, tal como se muestra en la Figura 61. 92
  93. 93. CONCLUSIONES Vemos como, una estructura tan aparentemente simple, como un jarillón, debe contener unos elementos mínimos que garanticen su efectividad y duración, dichos elementos deben ser concebidos en su fase de diseño, donde se establecen, de acuerdo a la región específica, sus elementos constitutivos mínimos, así como los factores que dieron origen a su construcción. Las labores de movimiento de tierras, la construcción de sistemas de riego, canales y por supuesto jarillones y terrazas, han acompañado la historia del Departamento de Córdoba por mÀ

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