Manual de geología- Cap 12. Macizo Rocoso.

MANUAL DE GEOLOGIA PARA INGENIEROS Cap 12 MACIZO ROCOSO

GONZALO DUQUE ESCOBAR

A la Universidad Nacional de Colombia en sus 150 años.

Las rocas pueden ser duras o blandas y las fallas de los macizos se pueden presentar por zonas de debilidad o de discontinuidad estructural. Las rocas blandas fallan a través del cuerpo de la masa rocosa y también a través de sus defectos estructurales.

Figura 65. Túnel en un macizo afectado por una intrusión. Originalmente el macizo era sedimentario y ahora posee aureola de metamorfismo. (T túnel, F falla, I roca ígnea, M roca metamórfica y S roca sedimentaria).

En la fig. 65 las capas sedimentarias están levantadas hacia la intrusión ígnea. El metamorfismo se da sobre las rocas sedimentarias por efectos del magma ascendente. El contacto entre las rocas metamórficas y la intrusión está fallado. Existe una falla tectónica, además. Un túnel atravesando este macizo encontrará comportamientos diferentes en las rocas: habrá comportamiento plástico en las metamórficas y elástico en las dos zonas de falla; serán rocas duras las ígneas y metamórficas y blandas las sedimentarias, habrá discontinuidades de retracción en las ígneas y de estratificación en las sedimentarias entre estas, los comportamientos varían sustancialmente.

12.1. CALIDAD DEL MACIZO

Se considera que un suelo o roca es blando o duro, según su resistencia a la compresión esté en los siguientes rangos:

Suelo blando menos de 4 Kg/cm2

Cabo de la Vela. Guajira Colombia.

Suelo duro entre 4 - 10 Kg/cm2

Roca blanda de 10 a 375 Kg/cm2

Roca intermedia de 375 a 700 Kg/cm2

Roca dura mas de 700 Kg/cm2

El concreto corriente es de sólo 210 Kg/cm2,

Las rocas blandas son aquellas que pueden fallar a través de material intacto a los niveles de esfuerzos existentes que se pueden dar en el área de influencia de una excavación, sin que tenga sentido un valor numérico para definir la resistencia de dichas rocas, máximo aún si se tiene en cuenta que los macizos de roca más dura pueden fallar y fallan en las excavaciones más profundas. El comportamiento de una galería puede ser dúctil, adecuado o frágil, como se muestra en la fig. , cuando se consideran profundidades del orden de 100, 200 y 300 metros respectivamente. Para valorar estas cuantías de esfuerzo, vale decir que 1 Kg/cm2 equivale a 10 TT/m2 o sea el esfuerzo producido por una columna de 10 m de agua.

Figura 66. Profundidad de una galería. A. Comportamiento frágil, B. comportamiento adecuado, y C. comportamiento dúctil. Según Alvaro Correa A, curso de mecánica de rocas U. Nal.

En A hay relajamiento de esfuerzos y el bloque superior puede caer.

En B el confinamiento es suficiente y la región es óptima. En C se corre peligro de implosión cuando se cierre el túnel si la roca fluye por plasticidad.

Si la densidad de la roca es 2,5 ton/m3, la carga de roca a 300 metros de profundidad (Pz =  H) será 75 Kg/cm2 y a 600 metros 150 Kg/cm2.

Experimentalmente se sabe que para las excavaciones el factor de seguridad es del orden de 5. Esto es, la presión litostática Pz dividida por el esfuerzo de ruptura sc debe ser superior a 0,2, inverso de 5 y límite por debajo del cual las rocas supuestamente fallarían. En los casos anteriores Pz / 0,2 > sc, da los siguientes valores.

Para H = 300 m de la relación anterior 75 / 0,2 > 375 Kg/cm2

Para H = 600 m de la relación anterior 150 / 0,2 > 750 Kg/cm2

Algunos autores consideran el límite entre roca blanda o dura la resistencia inconfinada de 375 Kg/cm2, e incluso 750 Kg/cm2 o más, si los esfuerzos horizontales son mayores que los verticales aunque las profundidades sean menores que las indicadas. Para los casos anteriores, taludes en rocas de esta resistencia, con alturas de 500 metros podrían presentar falla parcial a través de la masa de la roca intacta. En proyectos de ingeniería profundos los macizos con esta resistencia pueden fallar a través del material intacto bajo ciertas consideraciones extremas de profundidad al comportarse de manera dúctil como se ilustró con el ejemplo del túnel.

12.1.1 Propiedades de las rocas

Figura.67. Clasificación ingenieril de roca intacta según Deere. E. Resistencia muy baja, D resistencia baja, C. resistencia media, B. resistencia alta, A. resistencia muy alta. 1. Roca arcillosa, 2. Areniscas, 3. Esquistos de foliación fina, 4. Granitos, 5. Calizas, 6. Cuarcitas, 7. Gneises, 8. Esquistos de foliación gruesa. M. 375 Kg/cm2, N. 700 Kg/cm2. Adaptado de Alberto Nieto, Caracterización G. de Macizos de Roca Blanda

- Las rocas ígneas. Son muy resistentes, isotrópicas, rígidas, frágiles, densas y de textura entrabada. Su inconveniente se da por presencia de materiales alterables y diaclasamiento.

- Las rocas ígneas plutónicas. Tienen minerales resistentes, entrabados, se da fallamiento en escalonado de minerales porque son diferentes.

- Las rocas ígneas volcánicas. Muestran heterogeneidad de minerales; hay falla en poros que afectan la roca, la porosidad le da plasticidad a la masa que si es de rocas masivas resulta poco porosa.

- Las rocas sedimentarias. Tienen resistencia media a baja son ortotrópicas, poco rígidas, dúctiles, porosas y presentan textura cementada-laminada. Su inconveniente es la ortotropía que hace difíciles los cálculos de estabilidad y comportamiento del macizo.

En las rocas sedimentarias la resistencia depende del grado de cementación y de su densidad. Ella aumenta cuando los granos son finos; si hay disolución en la masa hay porosidad. Los planos de estratificación son zonas de debilidad.

- Las rocas metamórficas. Se caracterizan por una resistencia medio alta, su ortotropía, tenacidad, textura entrabada y baja porosidad. Hay rigidez en el sentido paralelo y plasticidad en el perpendicular, con relación a los planos de clivaje. Su ortotropía dificulta los cálculos.

Las rocas metamórficas resultan elásticas por la cristalización de la masa. Son densas por el empaquetamiento. Si hay minerales laminados hay debilidad. Si hay esquistocidad hay zonas de debilidad. Los gneises son como los granitos aunque el bandeamiento les da debilidad.

12.1.2 Macizos en roca blanda. Los macizos de roca blanda están constituidos por materiales generalmente sedimentarios de grano fino, como arcillolitas, lodolitas, limolitas, tobas y margas, y también areniscas o conglomerados, pobremente cementadas, o por rocas metamórficas con orientación esquistosa desfavorable (filitas, esquistos), cuyo comportamiento geomecánico está controlado por la roca intacta y también por fracturas, diaclasas y fallas.

Figura 68. Fallas de un talud de roca: A. Falla circular. B. Falla planar, C. Falla en cuña, D. Falla por volcamiento, E. Fallas por flexión y Falla por pateo. Según Hoek and Bray, Rock Slope Engineering.

Los macizos de roca meteorizada también pueden ser considerados como masa de roca blanda cuyas discontinuidades son rellenos de materiales tipo suelo; dichos macizos a menudo muestran una transición hacia suelos residuales donde los saprolitos tienen estructuras relictas, heredadas de la roca sana, las que sirven de zona de falla.

12.1.3 Caracterización del macizo rocoso. Esta es una tarea de observación, mediciones y ensayos para obtener parámetros cuantitativos útiles al diseño ingenieril. Este proceso además se desarrolla a lo largo de todas las etapas del desarrollo del proyecto, desde el diseño hasta su construcción y operación. Según la fase de diseño se requiere establecer un nivel mínimo de caracterización. El primero es con base en observaciones geológicas, el segundo nivel exige prospecciones geofísicas y el nivel final perforaciones exploratorias, medidas y ensayos geotécnicos.

Los parámetros geotécnicos fundamentales son la resistencia al corte, la deformabilidad, la permeabilidad y el estado original de esfuerzos, tanto para macizos en rocas duras como en rocas blandas. En las segundas la durabilidad de las rocas y su potencial de expansión y fluencia deben ser propiedades de primer orden.

En el caso de cimentaciones los principales problemas para una estructura en roca blanda son asentamientos diferenciales, rebote, falla a lo largo del contacto estructura-roca, las altas presiones de poros, las fugas excesivas y rara vez la falla por capacidad portante del macizo. En los taludes la altura condiciona el tipo de caracterización geotécnica, como también lo hace la resistencia de la roca intacta y la geometría de las discontinuidades. Si es relevante la resistencia al corte, la deformabilidad puede tener interés por la inducción de fracturas de tensión en la corona, donde el agua introducida genera situaciones de inestabilidad que no existían.

Las obras más difíciles de caracterizar y modelar, son las excavaciones subterráneas. A diferencia de una estructura de concreto, el escenario estructural es aleatorio e incierto y queda escondido bajo una cubierta de suelo y material rocoso. Entre los problemas a resolver en el diseño de túneles, que han de conducir agua a presión están el de la estabilidad de las paredes sin agua y con ella, el grosor del refuerzo, la permeabilidad del macizo y la estabilidad de las laderas exteriores vecinas en caso de presiones hidrostáticas inducidas y de fuga de agua hacia los taludes y laderas.

La caracterización apropiada de los macizos rocosos, además de ser la base para el diseño de las obras, contribuye a la optimización del método constructivo, da vía al mejoramiento del macizo (anclajes, inyecciones, drenaje) y permite la programación de observaciones durante el funcionamiento de las obras.

12.2. DISCONTINUIDADES EN MACIZOS ROCOSOS

Las discontinuidades están presentes en la roca y afectan la resistencia, permeabilidad y durabilidad de la masa. Es importante evaluar la geometría, naturaleza, estado y condición de las discontinuidades, porque ellas definen la fábrica estructural del macizo rocoso. Además de su génesis, la influencia en el comportamiento del macizo, exige evaluar la génesis de los rellenos, la cantidad de agua, las cicatrices y revestimientos en las paredes por materiales solubles, la abertura, rugosidad y persistencia de las discontinuidades, y el número de familias.

Origen Roca Clase Mecanismo

Genéti co Igneas

Estructura de flujo

Estructura de retracción

Metamór Foliación

Sediment o

Estratificación

Contactos entre coladas de lavas sucesivas

Grietas de retracción por enfriamiento

Por gradientes térmicos, de presión y anatexia

Contactos entre eventos de deposición

Origen Roca Clase Mecanismo

Físicoquímic o

Todas Termofracturas

Halifracturas

Ciclos de calentamiento-enfriamiento o humedecimiento-secado

Expansión de sales y arcillas en fracturas

Gelifracturas Ciclos de congelamiento y fusión de agua

Grave dad Todas Relajación Pérdida de presión de sepultura y esfuerzos de tracción

Corte Concentración de esfuerzos horizontales en valles

Tectón ico Todas Estructuras de placa Bordes constructivos, pasivos y destructivos

Fallas Rupturas con desplazamientos por esfuerzos de compresión, tracción y corte Diaclasas Rupturas por esfuerzos tectónicos, pero sin desplazamiento de bloques Fracturas de pliegues Radiales en la zona de tracción y de corte en la parte interna de la charnela

Biológi co Todas Acción de las raíces Penetración y crecimiento de las raíces de los árboles

Cuadro 16. Tipos principales de discontinuidades en macizos rocosos Adaptado de Alvaro J. González G. Universidad Nacional, 1995.

Las discontinuidades pueden ser:

- Genéticas o primarias. Son discontinuidades asociadas a estructuras de flujo y a fenómenos de retracción térmica en las rocas ígneas, a la foliación en algunas rocas metamórficas y a la estratificación en las sedimentarias. Son contemporáneas con la formación de la roca.

- Termoquímicas. Estas discontinuidades, de carácter secundario, pueden ocurrir después de formada la roca por causa del medio externo, como la termofracturación por gradiente térmico, gelifracturación por agua-hielo, halifracturación por sales y argilofracturación por arcillas.

- Gravitacionales y tectónicas. Son discontinuidades secundarias asociadas a esfuerzos gravitatorios como grietas de tracción, o a esfuerzos tectónicos donde se incluyen diaclasas, fallas y estructuras de placas tectónicas.

12.2.1 Sistemas de diaclasas. Los métodos para recolectar información de discontinuidades son inexactos y entre ellos la brújula y la construcción del plano o el mapa y la topografía son los más generalizados. La descripción de las perforaciones es útil cuando hay control de verticalidad y orientación, acompañados de una buena descripción de muestras.

Una familia de diaclasas es un grupo de diaclasas con igual orientación y varias familias presentes en un macizo, intersecándose, se denominan sistema de diaclasas del macizo.

Figura 69. Estratificación y esquistosidad en el caso de un túnel. A. Discontinuidades horizontales, B. discontinuidades verticales, C. discontinuidades oblicuas. Adaptado del curso de geología de Juan Montero, U. Nal.

Las diaclasas pueden ser abiertas o cerradas y estar cementadas o no. También pueden ser paralelas a los planos de estratificación (rocas sedimentarias) o de clivaje (rocas metamórficas).

Por regla general un macizo tiene tres familias de fracturas o diaclasas asociadas a esfuerzos y cuando hay más de tres es porque existe superposición de esfuerzos.

12.2.2 Parámetros de las discontinuidades. Los parámetros de descripción de las discontinuidades son diez.

- Orientación. Es la posición espacial y se da con el rumbo y buzamiento de la superficie de discontinuidad. Es importante ver la actitud de los bloques y fracturas para efectos de estabilidad.

- Espaciamiento. Es la distancia perpendicular entre dos discontinuidades de una misma familia. Debe advertirse que el espaciamiento aparente, el que muestra en superficie la roca, por regla general es mayor que el real. Se utiliza el promedio.

- Persistencia. Es la longitud de la traza de una discontinuidad en un afloramiento (se trabaja estadísticamente y con criterios probabilísticos como el espaciamiento). Cuando hay persistencia se garantiza el flujo de agua a través de la masa.

- Rugosidad. Se alude a la rugosidad de la superficie y a la ondulación de la discontinuidad, pues ambos afectan la resistencia del macizo rocoso. Una alta rugosidad aumenta la resistencia a la fricción.

- Resistencia de las paredes de la discontinuidad. Generalmente es la resistencia a la compresión inconfinada, pues es una buena medida de la alteración de las paredes de la discontinuidad. La resistencia aumenta con la presencia de dientes de roca en la discontinuidad.

- Abertura. Es la distancia perpendicular entre las paredes de las distancias de las diaclasas cuando estas no tienen relleno (sólo agua o aire). Hay diaclasas cerradas.

- Relleno. Alude al material entre las paredes de la discontinuidad, casi siempre más blando que el macizo rocoso. Un parámetro en el material de relleno es su grado de cementación.

- Flujo. Agua presente en la discontinuidad que se encuentra libre o en movimiento. Se describe por el caudal y debe evaluarse si el agua brota o no con presión.

- Número de familias presentes. Es indicativo del grado de fracturamiento del macizo y depende de la dirección y tipo de esfuerzos. El menor número de familias en un macizo es tres; también las familias presentan características distintivas, no solamente en dirección y espaciamiento sino también en condiciones de relleno, caudal e incluso edad y tipo de esfuerzos que la origina.

- Tamaño de bloques. El que se cuantifica con algunas metodologías específicas. Deben identificarse además los bloques críticos: aquellos que tienen tamaños finitos y posibilidad de desprenderse.

Figura 70. Volcamiento y deslizamiento de bloques. En el macizo: (a) bloques sin volcamiento ni deslizamiento; (d) con volcamiento y sin deslizamiento; (b) con deslizamiento y sin volcamiento; (c) con deslizamiento y volcamiento. En el ábaco se presentan las situaciones anteriores para un bloque sin empuje, en función de la inclinación del piso, de la relación base - altura de los bloques y de la fricción en el piso. Adaptado de E. Hoek and J. Bray, Rock Slope Engineering.

Ref: Ver ejercicio en Túneles Manizales: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/69926

12.3. ESTABILIDAD DEL MACIZO

12.3.1

Estabilidad general. En un macizo rocoso se evalúa el material rocoso, el sistema de diaclasas, las condiciones del agua y las condiciones de esfuerzos. En el material rocoso se evalúa la compresión inconfinada y la resistencia a la tracción utilizando núcleo de prueba. En el sistema de diaclasas se evalúan los parámetros señalados de rugosidad, separación (distancia), abertura (tamaño de bloques), rellenos, orientación (número de familias), persistencia y continuidad. En las condiciones del agua se evalúan la cantidad y los efectos del agua. También las características físicas y químicas de agua, y las modificaciones del caudal en el tiempo pueden importar. En las condiciones de esfuerzos se evalúan, en cantidad, rata y dirección, los cambios en la masa y los cambios en la carga. Aquí es posible considerar la necesidad de estudios de sismicidad local.

Figura 71. Aptitud de una estructura geológica y la dirección de un túnel. . La falla va con el túnel, B. y D. la falla no corta el túnel, C. la falla corta transversalmente el túnel, E. y F. el túnel se encuentra en un anticlinal, G. y H. el túnel cruza un sinclinal. Adaptado de Pedro Hernández, Conceptos de Geología Estructural.

Es importante notar la diferencia en los casos A y C. Se supone que C. es más favorable que A. porque la zona de fracturamiento intenso donde el túnel requiere blindaje es sólo una sección del túnel. En los sinclinales G. y H. se puede prever concentración de agua fluyendo hacia el túnel. Es más crítico G. que H. Los anticlinales E. y F. ofrecen mejores condiciones de autosoporte que las que ofrecen los sinclinales.

Una segunda consideración, es la anisotropía de tipo litológico: en el primer caso a ambos lados de la falla las rocas no coinciden en razón del desplazamiento que esta supone; en el segundo caso los sinclinales y anticlinales son estructuras propias de ambientes sedimentarios, y esto supone la presencia de estratos. En uno y otro caso existiera la posibilidad de encontrar rocas con propiedades diferentes que contrastan como parámetros de diseño (permeabilidad, resistencia, plasticidad, alterabilidad, etc.).

12.3.2 Estabilidad cinemática. Para evaluar la estabilidad de un bloque rígido, previendo una falla de talud en un macizo rocoso, hay que averiguar rasgos geométricos para ver el tamaño, forma y disposición de bloques o cuñas de roca, recurriendo a un análisis de estabilidad o inestabilidad cinemática.

Figura 72. Estabilidad de cuñas de roca. A. talud cinemáticamente estable. B. talud cinemáticamente inestable, C. bloques formados en las paredes de un túnel. Según Hoek and Brown, Excavaciones subterráneas.

De los dos taludes, el que muestra discontinuidades buzando en contra de la pendiente, resulta cinemáticamente estable. El talud de la derecha se considera cinemáticamente inestable puesto que se facilita el deslizamiento de las masas de roca, toda vez que los bloques resultan inconfinados. La fricción de ser suficiente, podrá evitar el deslizamiento de las cuñas.

En la sección del túnel, con bloques críticos y potencialmente críticos, estos son bloques que se pueden caer. El seis no lo es por faltarle caída libre, el cinco tampoco por ser infinito, el cuatro por ser cono cuñado; tampoco, los bloques uno, dos y tres son finitos y removibles, y su estabilidad está en duda por fricción y geometría; uno y dos son críticos y potencialmente críticos. Tres y dos por gravedad son seguros, el dos del techo por fricción puede ser estable y exige una fuerza actuante. El dos de la pared exige fuerzas actuantes. El uno de la derecha cae libremente y el uno de la izquierda cae friccionando. Aunque exista inestabilidad cinemática no se sabe si se dará o no la falla del talud, pues desde el punto de vista mecánico el talud puede ser estable. En los túneles pueden darse bloques críticos, cuando la geometría de las discontinuidades los conforme con una actitud desfavorable, propicia al desprendimiento por falta de confinamiento e inclinación pronunciada. La falla de estos elementos se da en caso fuerzas desequilibrantes, pérdida de la resistencia y fricción insuficiente para el apoyo.

El análisis cinemático supone averiguar geométricamente las dimensiones probables del bloque y su disposición, de acuerdo a la orientación, espaciamiento y persistencia de las discontinuidades del macizo rocoso, obtenidas de perforaciones y taludes vecinos.

De otro lado, algunos depósitos de suelo pueden fallar por planos tan débiles que por su forma, su comportamiento es el de fallas en material rocoso.

12.3.3 Auscultación y control de túneles y galerías. El proceso apunta a observar la dinámica de los procesos en la masa rocosa y con respecto a la galería, particularmente esfuerzos, deformaciones y degradaciones por agentes ambientales. El propósito es garantizar la estabilidad y servicio de la estructura.

El nivel de alarma es diferente en minas que en casas de máquinas pues en las primeras hay cuasiestabilidad (factor de seguridad cercano a 0,9), mientras en casas de máquinas el factor de seguridad es 7 u 8.

En las minas hay procesos de avance del frente y extracción de materiales, en el primero el factor de seguridad es 3 y en el de extracción 0,7 a 0,9. Eso supone que las características del macizo son malas y se puede utilizar poca voladura obteniendo economías.

La auscultación debe basarse en una base amplia de datos manejables estadísticamente y las medidas deben hacerse, desde que se abre el frente a auscultar. Estas son al principio medidas cada

hora, más tarde medidas diarias y por último medidas cada seis meses que nunca podrán suspenderse.

La previsión de eventos es compleja porque son muchos los parámetros y difícil su integración. Por ejemplo datos geológicos, hidrológicos y geotécnicos; datos topográficos; aspectos geométricos, aspectos técnicos como métodos de avance, tipos de soportes y revestimientos; además modificación del estado inicial de esfuerzos.

El modelo exige la determinación de ensayos de laboratorio y de medidas in situ. El ajuste del modelo o de las hipótesis supone la confrontación de resultados de observación directa. La auscultación depende del tipo de roca, magnitud y dirección de esfuerzos, métodos de avance, sostenimiento de la galería y el recurso humano.

Si los materiales fallan por esfuerzos o deformaciones, para la auscultación interesa la deformación. La medida de esfuerzos y deformaciones siempre es diferente desde el punto de vista espacial. Los esfuerzos suponen mediciones por áreas o volúmenes y las deformaciones, la medición puntual. De todas maneras el puente para conocer los esfuerzos a partir de la magnitud y la dirección de las deformaciones es el módulo de Young.

Figura 73. Galería rectangular en roca con fuerte anisotropía estratigráfica. En el dibujo la galería sugiere una elipse. La rigidez del material en las paredes es buena pero no en el piso. A la derecha se muestra la trayectoria de los esfuerzos principales en la galería, la que depende de la forma y orientación de la galería. Notas del curso de instrumentación geotécnica de Guillermo Angel, U. Nal.

Hay métodos de auscultación visuales e instrumentales (métodos sencillos y complejos). Los métodos visuales, aunque no cuantifican, son económicos, recomendados y significativos. Su ventaja es que permite la cualificación y extrapolación de las deformaciones. Las medidas visuales incluyen caída de bloques pequeños, generación y avance de grietas, formación de vientres y vacíos, deslizamiento de elementos de soporte, punzonamiento del piso, presencia de humedad e infiltraciones, observación de bloques críticos, oxidación de los elementos del soporte, gases, etc.

Las medidas instrumentales varían en costos. Las económicas y rápidas son: para deformaciones, las de convergencias (cierre de diámetros), la de expansiones (hechas con gatos), los grietómetros (pie de rey), la altura rectante (entre techo y piso); para esfuerzos, celdas de carga (miden esfuerzos por deformación) y gato plano; y para velocidad, la microsísmica que mide las diferencias de tiempo de arribo de ondas provocadas. Las medidas de costo intermedio son las que se toman con

estratoscopio (especie de periscopio para introducir en rotos). Las medidas costosas y demoradas son el radiofor, distofor, telemetría, distanciómetro (todas para deformaciones), el overcoring (mide esfuerzo y deformación sobre perforaciones) y el doorstopper (que mide esfuerzos).

Uno de los errores de la auscultación es que la medición no es sistemática. Las características del comportamiento del macizo y la estructura no están siempre bien definidas y por ello no se instalan los instrumentos debidos. Es frecuente la falta de experiencia para la correcta instalación y lectura de los instrumentos o para su corrección. También la falta de interés en las condiciones geológicas y en la necesidad del control, como las instalaciones tardías y la falta de mediciones (que no se ejecutan), aunque existan los instrumentos.

12.4. RASGOS ESTRUCTURALES

Planicies, montañas y mesetas en la superficie de la Tierra, muestran rasgos estructurales con características propias; esos rasgos son llamados pliegues, fracturas (fallas o diaclasas) y contactos (discordancias), además de los mantos de corrimiento.

12.4.1 Rumbo y buzamiento. La disposición o geometría de un rasgo estructural se anuncia con dos parámetros: el rumbo o dirección y el buzamiento o echado.

- Rumbo. Supóngase un plano inclinado del cual se pueden dibujar las curvas del nivel (CN), perpendiculares a la línea de máxima pendiente (ZL); Fig. 74.

El rumbo será el ángulo horizontal  que hace una curva de nivel del plano inclinado (CN) con la Norte-Sur, de tal manera que el ángulo sea agudo.

Figura 74. Plano inclinado: este plano inclinado representa una superficie de falla o cualquier otro rasgo estructural. El ángulo con la norte es horizontal y el ángulo alfa, vertical.

En el rumbo antes del valor angular  va la letra N o S, según el extremo del meridiano de origen sea norte o sur, y después del ángulo  va la letra E o W dependiendo del cuadrante (Este u Oeste) hacia donde avance la curva de nivel (CN).

- Buzamiento La línea de máxima pendiente (ZL) muestra la trayectoria de las aguas lluvias sobre el plano inclinado. Esa línea y también el plano tienen por buzamiento el ángulo  medido con relación al horizonte. Después del ángulo  se escriben dos letras consecutivas, la primera N o S y la segunda E o W, de tal manera que quede registrado el cuadrante hacia el cual el plano inclinado se deprime, es decir, hacia el cual avanza la línea de máxima pendiente (ZL). Como las curvas de nivel (CN) y las de máxima pendiente (ZL) son perpendiculares, una de las dos letras cardinales para el buzamiento (), será igual a otra de las que tiene el rumbo ().

Si al rumbo de una línea se le cambian las dos letras cardinales, se produce un giro de 180; si se le cambia una sola letra, se producirá un giro de 90

- Buzamiento aparente. Obsérvese en la fig. 74 (plano inclinado) la línea ZL' (en diagonal), esta hace un ángulo ' con el horizonte (no dibujado) ángulo menor que a y que es llamado ángulo de buzamiento aparente.

Para el mismo plano, hay muchos buzamientos aparentes ', medido cualquiera de ellos sobre una línea no perpendicular a la curva de nivel CN, pero ninguno de ellos será superior al buzamiento real , que es el de la línea ZL de la figura anterior.

12.4.2 Representación estereográfica. Se puede hacer una representación plana de una esfera intersecada por varios planos de corte que pasan por su centro. Estas intersecciones son círculos Máximos.

Figura 75. Proyección del plano estructural. Desarrollo de la proyección estereográfica de una superficie plana que se denota con K y cuyo polo es P. Adaptado de Jhon G. Ramsay, Plegamiento y Fracturamiento de Rocas.

Ubicándose el observador en el centro de la esfera, podrá señalar sobre su superficie seis (6) puntos fundamentales: arriba y abajo el cenit y el nadir, que son antípodas. A izquierda y derecha el oriente (E) y occidente (W), ubicados sobre los extremos de otro diámetro. Al frente y atrás estará el norte (N) y el sur (S), ambos diametralmente opuestos. Los cuatro últimos definen el horizonte NESW, sobre el cual cae perpendicularmente la línea cenit-nadir.

Pártase en dos esa misma esfera con el horizonte y considérese la semiesfera inferior, que ya había sido intersecada por un plano de corte que pasa por su centro, y del cual queda el semiplano que está por debajo del horizonte.

Este semiplano representará un plano estructural y el conjunto se puede dibujar con una proyección esférica polar o ecuatorial, en el denominado diagrama estereográfico. Si desde el cenit se llevan rectas al círculo máximo que pasa por el punto K, éste haz interceptará el horizonte formando un arco que es la proyección del plano K. Varios arcos de estos generan una red meridional o ecuatorial como la de la fig. 76 B precedente. La proyección del polo P sobre el horizonte la determina el rayo que sale del cenit, pues el cenit es el centro de proyección.

Figura 76. Tipos de proyecciones: A. Proyección polar. B. Proyección ecuatorial. Tomado de Jhon G. Ramsay, Plegamiento y Fracturamiento de Rocas.

- Medida del rumbo y buzamiento. El semiplano de corte que idealiza un plano estructural tiene por intersección con el horizonte, un diámetro (CN) sobre el cual se mide la dirección del plano -rumbo- y una línea de máxima pendiente (ZL), perpendicular al diámetro, sobre la cual se mide la inclinación () del plano – que es el buzamiento -

- Una perpendicular a la línea de máxima pendiente, levantada por el centro de la esfera, interceptará la semiesfera por debajo del horizonte en un punto (P) denominado polo. Además la línea de máxima pendiente del semiplano inclinado que sale del centro de la esfera intercepta la esfera en un punto K distante 90 del polo P de dicho semiplano. Este semiplano estructural (el que aparece achurado) se puede denotar con las coordenadas del polo (P) o las del punto K.

Figura 77. Plano estructural, horizonte y polo. A. Esfera cortada por un plano estructural y por el horizonte. B. Semiesfera con el polo (P) y un plano inclinado (K).

Supóngase esa esfera cuyo centro se intercepta con el plano inclinado visto antes y dibujemos la semiesfera del nadir vista en dirección Cenit-Nadir, para que el horizonte se vea en verdadera magnitud (Fig. 78).

1º Se dibuja la curva de nivel CN con dirección S  W o con N  E que es lo mismo (diámetro).

2º Se traza la línea de máxima pendiente ZL perpendicular a la curva de nivel CN por el costado SE (radio), obteniendo el punto L sobre el perímetro de la circunferencia.

3º A partir de L (sobre la circunferencia) se marca el ángulo  en dirección al nadir Z (centro de la circunferencia) y se coloca el punto K (sobre el radio).

4º Se traza un arco de círculo máximo con cuerda CN (que es un diámetro), pasando por el punto K de coordenadas dadas (rumbo y buzamiento).

El siguiente esquema muestra el horizonte y los ángulos del rasgo, estructural. Se ve la curva de nivel con un rumbo N  E, y perpendicular a la curva de nivel se ve la recta ZL sobre la que se mide el buzamiento.

Figura 78. Dibujo del plano estructural K = (N  E;  SE.): representación, paso a paso.

En el ejemplo el plano buza  grados medidos desde el horizonte y en dirección SE. El valor de  se mide a partir de L y hacia Z, pues a L le corresponden 0 y a Z 90. Posteriormente se coloca el punto K sobre ZL y se dibuja un arco que tenga por cuerda la curva de nivel CN que pasa por el punto K de coordenadas N  E;  SE.

- Ejercicio. Se pide el punto K representativo de una falla, rasgo estructural con los siguientes parámetros: K (N 60 W; 30 SW). Dibujar la intersección entre el plano de falla y la semiesfera sobre el diagrama estereométrico (Fig. 79).

Primero se dibuja la curva de nivel CN como un diámetro, según el rumbo (y contra rumbo dado): N 60 W (y S 60 E). El observador está en el centro y bajo Z, mirando al SW, y la curva de nivel CN avanza a su izquierda y derecha.

Después se dibuja el radio ZL perpendicular a la curva de nivel CN de acuerdo a las dos letras del buzamiento; SW.

A continuación sobre ZL se marcan 30 medidos a partir de L, es decir, a partir del horizonte y en dirección al nadir Z.

Figura 79. Representació n del plano de falla K (N 60 W; 30 SW).

Por último, utilizando como cuerda la curva de nivel CN, se traza un arco de círculo máximo que pase por K, el cual representa la intersección del plano estructural con la semiesfera del nadir.

12.4.3 Dirección de buzamiento y buzamiento. Se puede definir un plano estructural ya con el punto K o ya con su polo P. Sólo basta observar la línea ZK o la línea ZP y darle a cualquiera de ellas su acimut y buzamiento. Esta es una nomenclatura más expedita para los planos estructurales. El acimut es un ángulo que se mide a partir del norte, en la dirección de las manecillas del reloj y cuyo valor está, entre 0 y 360 sexagesimales. Se barre el ángulo hasta encontrar el punto K, y a éste punto se le mide el buzamiento sobre el radio que lo contiene, ángulo que varía de 0 a 90, medidos del perímetro hacia el centro de la circunferencia. A 90 de K y en dirección al centro de la circunferencia, después del centro de la misma está el polo P, tal que el ángulo KZ es complementario con ZP.

En Fig. 80 se tienen varios ejemplos de planos estructurales donde las coordenadas de K, expresadas en la forma K (azimut de buzamiento / buzamiento), se dan en las gráficas, con su notación equivalente K = (rumbo de la curva de nivel; buzamiento de la línea de máxima pendiente).

Figura 80. Ejemplos numéricos de equivalencias entre dos notaciones.

12.4.4 Aplicación al análisis de estabilidad cinemática. Uno de los problemas importantes en taludes es prever la posibilidad de falla de un talud, cuando la actitud de las discontinuidades es

desfavorable. Se deberá tener en cuenta que muchas cuñas cinemáticamente inestables se sostienen gracias a la resistencia de la fricción que se ejerce entre las paredes adyacentes de las discontinuidades. Las fuerzas dinámicas inducidas por el tráfico en la vía o los sismos y las presiones por columnas de aguas infiltradas pueden romper el estado de equilibrio de las estructuras cinemáticamente inestables. Se dan ejercicios de taludes construidos en macizos rocosos con discontinuidades y las consideraciones generales del análisis.

- Falla planar. Se da una estratificación -línea continua- y un talud construido -línea punteada- de conformidad con las ilustraciones siguientes. Si la estratificación tiene los parámetros del plano K y el talud los del plano T, ¿hay estabilidad cinemática? (Fig. 81).

Figura 81. Estabilidad cinemática con una familia de discontinuidades. A. Inestable, B. estable.

En la figura 81 B hay estabilidad pero en la 80 A no, pues el buzamiento del talud no puede ser mayor que el de la estratificación.

Figura 82. Estabilidad cinemática con dos familias de discontinuidades

. El conjunto de discontinuidades forma una cuña.

- Falla en cuña. En un macizo hay dos familias de diaclasas asociadas a esfuerzos, K1 y K2, cuya intersección, en ab, genera cuñas como se ilustra a continuación. Si se hace un talud buzando en la dirección de la línea de cabeceo ab, ¿hay estabilidad cinemática? (fig. 82). El tercer sistema en el ejercicio no tiene persistencia y en consecuencia se atiende a los dos sistemas relevantes.

El buzamiento de la línea de cabeceo ab es más suave que el del talud T. La estabilidad cinemática depende del ángulo horizontal entre la línea de cabeceo ab y el valor del buzamiento del talud T; dicho ángulo debe superar 20 si queremos estabilidad cinemática. En el ejemplo no existe estabilidad por la poca inclinación de la línea de cabeceo y el estrecho ángulo entre ésta línea y el buzamiento del talud.

12.5- CASO PLANALTO: ¿CIENCIA Y CONSERVACIÓN O ACTIVIDAD EXTRACTIVA?

Imagen 64. Mapa topográfico del terreno de Cenicafé. Las curvas de nivel van de 50 en 50 m y el dibujo se apoya sobre una retícula de 250 por 250 m2. Las construcciones van en color gris y la actividad minera presumiblemente se concentraría en el sector N-E del lote, donde emerge el macizo rocoso. Fuente Cenicafé.

RESUMEN: Se señalan los inconvenientes geotécnicos y de riesgo y la incompatibilidad de la actividad minera propuesta con el actual uso del suelo: los aspectos que se tratarán se relacionan con la pérdida de los suelos volcánicos de cobertura como recurso excepcional no renovable, con el cambio desfavorable en las condiciones de estabilidad de las frágiles laderas cuyo equilibrio es inestable. Se anuncia la amenaza severa y traumática sobre un ecosistema de interés ecológico y ambiental, preservado durante 60 años en este escenario del medio tropical andino, a causa de la eventual contaminación severa del medio ambiente local en caso de introducir las prácticas mineras, como también la incompatibilidad de la propuesta con el actual uso del suelo en el sector destinado a la investigación, cuya valoración y características ambientales difieren y antagonizan con las de un eventual proceso industrial de carácter extractivo.

“La Actividad Minera Solicitada en Planalto es Incompatible e Inconveniente con el Medio Ambiente que Demanda la Comunidad Investigativa de Cenicafé”: GDE

PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA: Atendiendo la convocatoria del 30 de octubre de 2001, se ha inscrito esta ponencia preparada como contribución del Instituto de Estudios Ambientales, IDEA, de la Universidad Nacional Sede Manizales, para la Audiencia Pública que se celebrará el viernes 14 de diciembre de 2001 en el Auditorio de la Universidad Autónoma de Manizales, por convocatoria de Corpocaldas.

Para extraer materiales de cantera, se acometen actividades de prospección, montaje y explotación, sobre los flancos de los valles y crestas de montañas. Durante la explotación, resultan rocas duras y compactas o en ocasiones agrietadas. La economía de la explotación propende por los macizos cuya estabilidad está más comprometida, dado que requieren menor carga de explosivos y horas de taladro (percusor o de rotación). Con la modificación del paisaje, cambia la temperatura del lugar y aumenta la escorrentía, por lo que la erosión se intensifica. Además, el ruido, el polvo y las vibraciones aparecen, como fruto de la explotación y de los equipos pesados desplazándose por nuevas rutas para movilizar pesadas cargas de productos útiles y de estériles, con destinos diferentes.

OBJETO: El propósito de esta es objetar la solicitud hecha por INGEOCOM Ltda, quien busca obtener la licencia ambiental para proceder a la explotación de la cantera a cielo abierto de roca anfibolita en Planalto, sobre terrenos de Federacafé-Cenicafé, por considerar que la actividad minera extractiva que se persigue por el solicitante, es innecesaria, inconveniente, perjudicial e incompatible con el medio ambiente actual, a causa de la naturaleza del lugar, por el estado del ecosistema y el actual uso y manejo del suelo propiedad de Cenicafé.

ASPECTOS GEOTÉCNICOS: El área que ocupa Cenicafé, de 0,7Km2 cuadrados, es un terreno de forma casi elíptica, de unos 1200 m de en el sentido E-W por 700 m en la dirección N-S. Los desniveles del terreno casi alcanzan los 360 m, pues varían desde los 1258.9 hasta 1618.7 msnm. Las pendientes mayores llegan fácilmente al 60%, según se desprende del mapa topográfico, donde la retícula es de 250 por 250 m2 y las curvas de nivel tienen 50 m de intervalo. Ver en la Fig #1, el mapa levantado por Guillermo Dávila F. para el cual la escala gráfica tiene validez en la retícula y la información restante es de gran utilidad para inferir la ocupación del terreno por parte de Cenicafé.

Las rocas de los niveles inferiores, que van con el río Chinchiná, son depósitos cuaternarios de flujos de lodo volcánico, (Qfl); esto es, materiales recientes compuestos principalmente por fragmentos de roca traídos desde la cuenca alta del río Chinchiná y sub-cuenca del Rioclaro, por los deshielos ocurridos durante eventos eruptivos de los volcanes más septentrionales de la Cordillera Central.

Y las rocas de la zona alta y montañosa, localizada y desarrollada al costado NW, pertenecen a un macizo rocoso de naturaleza ígnea y básica, asociado al stock diorítico gabroide de Chinchiná–Santa Rosa, (Kdg). Se trata acá de rocas del cretácico, constituidas por minerales alterables, que localmente pueden presentar metamorfismo, dando como resultado anfibolitas. Véase en la Fig.#2 un fragmento del Mapa Geológico Generalizado del Departamento de Caldas, según Ingeominas 1990. Obsérvese que tales rocas, motivo de esta solicitud, se extienden sobre un lábil corredor que supera la centena de kilómetros cuadrados, hacia el norte y hacia el sur de Chinchiná. Estas se explotan en la cantera localizada al frente y del otro lado del río, por el costado sur de Cenicafé.

Los materiales de cobertura, sobre los cuales se desarrollan los suelos que están arriba de la cota 1325 m, son por extensión andosoles, es decir suelos formados sobre cenizas volcánicas. Para Alfonso Grisales, en la tabla #4 de su libro Suelos de la Zona Cafetera (Ed. Fondo Cultural Cafetero, 1977) los suelos aludidos pertenecen a la unidad Chinchiná, cuyas principales características agrológicas permiten afirmar que se trata de suelos finos y coherentes, con buena retención de la humedad, ligeramente evolucionados, resistentes a la erosión, con presencia de krotovinas (esferas construidas por insectos) y sin limitaciones en su uso y manejo agrológico.

Imagen 65. Mapa geológico regional: al sur oeste queda Chinchiná. El ancho del mapa es de unos 38 km. Las rocas a explotar, son las de la franja roja que transcurre N-S y tienen código Kdg. Cenicafé queda en la mancha aislada de esa franja a X= 1/3 y Y=1/5 del extremo inferior izquierdo. Fuente: IngeominasPero lo importante es que tales suelos, los de cobertura en este lugar, son un recurso no renovable dado que la sinterización y geometría de las tefras que lo originan (piroclastos estratificados y no consolidados de ambiente subaéreo), se destruyen con el remoldeo requerido para extraer la roca que subyace, la misma que considera el solicitante como asunto de su interés minero.

CONSIDERACIONES SOBRE LOS RIESGOS: De otro lado, si bien este suelo por su naturaleza es insustituible y no recuperable, tampoco lo son sus propiedades físicas; suelo que ligado a la cobertura vegetal responde por el funcionamiento hidro-geotécnico del lugar: la estabilidad de las laderas y de los taludes depende de la geometría del terreno, de los materiales del subsuelo y del agua presente en el terreno. Además, las laderas, a diferencia de los taludes, son las cuestas naturales, que en el trópico mantienen un frágil equilibrio susceptible de romperse con la intervención antrópica. La lección que ha dejado el Sismo del 99 en Pijao, Quindío, al quedar los cafetales en pie, pero las vías cerradas por derrumbes, es que los taludes construidos a partir de las frágiles pero estables laderas, cambiaron desfavorablemente hacia la inestabilidad, por lo que fallaron las cuestas de las montañas donde se hicieron vías. Esto es, las laderas están en un equilibrio límite que les permite soportar los eventos naturales más intensos y propios del trópico andino, pero nunca los taludes que son obra de la acción antrópica.

Imagen 66.. El Anuario Meteorológico Cafetero, publicación periódica de Cenicafé y evidencia del trabajo científico desarrollado en el lugar. La portada ilustra la vida típica del ecosistema que se proteje y permite reflexionar sobre los inconvenientes para las actividades intelectuales y los posibles efectos sobre los equipos de precisión que demanda la investigación, en caso de admitirse la actividad minera en Planalto.

El estado del macizo rocoso vecino al lugar que nos ocupa, con sus laderas aún no modeladas bajo un bosque tropical premontano y muy húmedo, que le sirve de cobertura, garantiza el funcionamiento regulado de las aguas superficiales y subterráneas, la estabilidad natural de los suelos y el soporte de los elementos de base del ecosistema para la biota. Si se introducen las prácticas mineras solicitadas, se cambia la cobertura vegetal, se modifica la topografía del lugar, se destruye un suelo como recurso no renovable y se modifican las condiciones de los factores de equilibrio de la ladera y la biota existente. Esto es, cambia el régimen hidrológico y se alteran los esfuerzos en la masa de suelo y roca, y se reduce a niveles sub-críticos el factor de seguridad de la montaña al destruir las laderas y construir taludes, se destruyen la fauna y la flora existentes y preservadas por muchos años.

Ante el surgimiento de esta amenaza, es el ecosistema el primer elemento amenazado, pero el perjuicio por las consecuencias de la explotación continúa y pasa por los recipiendarios y entendidos de las maravillas del lugar: ruidos mecánicos y de volquetas, vibraciones de maquinaria y equipo minero, polvo y pantano por partículas de suelo y roca, paisaje funesto de la montaña desolada y guillotinada, reemplazarán el aire fresco, el canto de los grillos y las aves, el murmullo del viento agitando los árboles del bosque, y la extensa gama de verdes que transita desde los tonos azulados a los amarillentos para anunciar la vida protegida de ese rincón prestado del trópico andino.

INCOMPATIBILIDAD DE USOS DEL SUELO: Dice Pierre George en su libro El Medio Ambiente (Ed. OrbisS.A.1972) que “El suelo urbano e industrial está dividido en dos partes: una, dedicada al ejercicio de las actividades industriales y paraindustriales: producción, reservas, tránsito y transporte; la otra, destinada a residencia. En el primer caso el suelo es asiento de instalaciones técnicas más o menos concentradas, con un valor económico de servicio. En el segundo caso, actúa como decorado. Mientras que por un lado se le aprecia en función de sus comodidades respondiendo a necesidades técnicas, por otro se esperan de él unas cualidades estéticas, una misión de <condicionamiento> natural de la vida vegetativa y de los ocios de las poblaciones urbanas”. Aquí agregaría a lo último, ocios y algunos oficios propios de las colectividades humanas, como lo es la preservación de un ecosistema y la investigación de un importante renglón de la economía, como es el caso que nos ocupa. Las contradicciones entre lo que se espera de las dos formas de utilización implican una incompatibilidad que a menudo suele manifestarse posteriormente. Aquí, el suelo industrial es la capa de un subsuelo minero, cuya utilización asocia los efectos de la explotación subterránea a los de la explotación de superficie. Así, la ocupación del suelo industrial bloquea a menudo grandes superficies, pues debido a múltiples razones, la industria y sus servicios necesitan extensos espacios, en los cuales los talleres, depósitos, máquinas, almacenes de materiales y particulares sistemas y medios de transporte, constituyen zonas de aspecto ingrato que crean un paisaje repulsivo. Esta clase de ocupación engendra incomodidades de vecindad, y por lo tanto perjuicios.

Imagen 67. Planalto, Área Forestal de Interés Especial, según se consigna en el letrero de este fragmento gráfico tomado del plano “B-8 : Rutas Ecoturísticas”, publicado en el documento del Plan de Desarrollo 1995-1997, Manizales, Calidad Siglo XXI, Acuerdo 107 de Mayo 30 de 1995.

La apreciación del medio ambiente, desde la óptica de su ocupación, depende de la calidad ambiental, de la forma de utilizar los espacios y de la densidad de ocupación. Ahora, si las zonas industriales valen por su posición estratégica respecto a los medios de transporte( ferrocarril, puerto, aeropuerto y autopista) o a las ventajas del mercado (proveedores y consumidores), por la contaminación típica de dichas zonas con aceites derramados, ruidos, vibraciones), las actividades que albergan, no resultan compatibles con las condiciones necesarias para permitir otras funciones propias de zonas residenciales o de zonas de servicios (hotelera, hospitalaria, educativa, investigativa, de recreación, etc.).

EPÍLOGO: En el caso que nos ocupa, la zona demandada por la comunidad académica para la actividad investigativa de Cenicafé, demanda un medio ambiente valorado por su función estética y por su nivel de equipamiento. Aquí la calidad de alojamiento se percibe no solo en términos de disposición, de comodidades interiores y de aislamiento, sino también en función de su <medio ambiente> en el sentido etimológico y restringido de la palabra; es decir, del cotidiano espacio visual y usual que lo rodea. Cuando el marco inmediato de una colectividad se debate entre la posibilidad de un horizonte abierto y el estar sumergido en la intimidad de la actividad vecina, se puede apreciar su naturaleza en función de su neutralidad o de sus agresiones. Ese marco inmediato, en consecuencia, podrá constituirse en una prolongación del hábitat o, contrariamente, en un símbolo de la esclavitud social o humana, al sacrificar sus extensiones para albergar unas actividades ocasionales e incompatibles, que cuentan con mejores y diferentes alternativas, y sobre todo con la posibilidad de evitar consecuencias irreversibles.

BIBLIOGRAFÍA:

Suelos de la Zona Cafetera, clasificación y uso, Alfonso Grisales García. Ed. Fondo Cultural Cafetero, Medellín, 1977.

Rock Slope Engineering, Evert Hoek and John Bray. The Institution of Mining and Metallurgy, London, 1977.

La Reserva de Planalto, Síntesis de referencias de estudios. Cenicafé, Manizales, 2001.

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12.6. UN TREN ANDINO PARA LA HIDROVÍA DEL MAGDALENA

Imagen 72. Corredor Bimodal Cafetero, soportado en el Túnel Cumanday de 42 km y 1250 msnm operando para tren y ferrovía, sobre el trazado de Civiltec Ingenieros Ltda, para el Invias (2013).

Si el modo férreo puede ofrecer fletes un 25% inferiores a los de la tractomula y el fluvial un 50% menores, en lugar de poner a competir tren, carretera y río a lo largo del Magdalena, debería extenderse el Corredor Férreo del Cauca, en primer lugar, hasta Urabá y en segundo lugar hasta La Dorada. Respecto a Cartagena, Urabá reduce la distancia al mar 40% para Medellín y 30% para el Eje Cafetero. A la Dorada deberían llegar trenes por tres puntos cardinales. Uno de ellos por el poniente, denominado el Ferrocarril Cafetero, vía de 150 km de extensión que transitaría entre El Km 41 y La Dorada articulando el Corredor Férreo del río Cauca con la Hidrovía del Magdalena. El Proyecto incluye el Túnel Cumanday de 42 km a 1250 msnm, para salvar la Cordillera Central perforando rocas graníticas con auto-soporte, por el norte de Cerro Bravo. Ahora, dada la longitud del tunelado, los carros deben hacer uso de la ferrovía para pasar,

aprovechando que los túneles ferroviarios que no tienen que ser dobles pueden triplicar en longitud los túnenles carreteros. Con esta solución, la de un tunelado más largo, no habrá que exceder el 3% en la pendiente de la ferrovía, aunque la propuesta debe contemplar locomotoras eléctricas obteniéndose mayor eficiencia en el tren. El túnel que sería de sección simple, e iniciaría en el Guacaica aguas abajo de Maracas y al norte de La Linda a 1250 msnm, con salida en el Guarino sobre los 1250 msnm a la altura de Manzanares y Petaqueros, tendría una longitud de 42 km, mientras la línea férrea entre el km 41 y Purnio no excedería los 130 km.

Las obras se pagarían con los beneficios de 15 mil a 30 mil toneladas diarias del carbón andino exportándose por el Pacífico al Asia, gracias a que el medio férreo ofrece fletes inferiores a los de la tractomula. La capacidad del Magdalena estimada en 500 Millones de toneladas anuales por Hidrochina, equivale a 150 trenes diarios de 10 mil toneladas, cada uno con 100 vagones de 100 toneladas por vagón: sin los trenes, la Hidrovía no tendría impactos relevantes para el país.

De forma aproximada, el costo por Kilómetro de una línea férrea, varía entre U$ 2,1 y U$ 1,9 millones para una vía nueva, según sea en trocha estándar o angosta; o entre U$ 550 y U$ 350 mil, según se trate de su ampliación o rehabilitación. Y el costo y rendimiento de un túnel con sección transversal de 110 m2 y por kilómetro, varían entre U$ 25 y U$ 45 millones, y de uno 1 a 2 años, según se trate de túneles en rocas con o sin auto-soporte.

El carbón andino exportado a la Cuenca del Pacífico, incrementaría la producción actual entre cinco y diez millones de toneladas por año adicionales, si con precios remunerativos se logra industrializar su extracción. En 2014, la producción nacional superó los 84 millones de toneladas, 93% de ella concentrada en La Guajira y Cesar donde la explotación es a gran escala, y 7% en el interior donde se destacaron los distritos carboníferos de Santander, Cundinamarca y Boyacá, y en menor grado Antioquia; todos estos con una minería de corte artesanal.

En Colombia, donde la carga transportada que va por carretera es ahora del 27% si se incluye el carbón, en 2013 se movilizó un total de 183 millones de toneladas, incluyendo 6 ,1 millones de contenedores de 20 y 40 pies. Y para tranquilidad de citado sector automotor, esto: con una reducción dada en el costo del transporte como la que se advierte, las exportaciones en su conjunto podrían crecer unas tres veces dicha proporción, de conformidad con lo planteado en el estudio “Destrabando las arterias: El impacto de los costos de transporte en el comercio de América Latina y el Caribe”, BID (2008).

La imagen de portada, muestra la ruta del Ferrocarril Cafetero en línea negra y la de la Transversal Cafetera en color rojo, sobre los trazados para las alternativas de la nueva carretera al Magdalena desarrollados por Civiltec para del Invías, en 2013. Evidentemente, la pendiente del tren idealmente no debería pasar del tres por ciento, y nunca del cinco por ciento ya que en el segundo rango la cantidad de vagones tirados cae a la mitad.

De ahí que de descartarse la carretera para un sistema bimodal con un tunelado corto del orden de 17 km a 2200 msnm (p.e. Túnel carretero de San Gotardo de un tubo con 17 km y Túnel de Laerdalen doble tubo con 24,5 km), y optarse sólo por el paso subterráneo en tubo sencillo para el tren, dado que el túnel ferroviario puede ser hasta tres veces más largo (p.e. Túneles Seikan de 53,8 km y Eurotúnel con 50,5 km), al suavizarse la pendiente con el túnel de 42 km a 1250 m de altitud, en lugar del proyecto bimodal se podría tener un ferrocarril con ferrovía en un trazado mucho más viable y un desempeño más eficiente.

Presentación UN-SMP para el Módulo de Economía del Transporte U.N. – Manizales, 4-12-2015.

12.7- DE LA AMENAZA CLIMÁTICA A LA GESTIÓN DEL RIESGO

Imagen 73: Escenarios de Cambio Climático 2011-2100. IDEAM 2015.

Dado el impacto de la creciente amenaza climática, Colombia debe revisar y ajustar sus medidas y estrategias para enfrentar su vulnerabilidad a los impactos del calentamiento global, relacionadas aquellas entre otros aspectos, con las acciones de adaptación al cambio climático para tener una mayor capacidad de respuesta tanto en los medios rurales como urbanos, al enfrentar los eventos invernales de La Niña que estamos padeciendo, como también durante las sequías prolongadas e intensas de la fase seca de El Niño que alternará con dicho fenómeno natural conocido como el ENSO.

Lo anterior, invita a repensar un poco lo que estamos haciendo ahora, y a tomar decisiones que, en lugar de un crecimiento económico sin desarrollo, le apuesten a la sustentabilidad del país, ya que la actual legislación con sus carencias en materia preventiva mantiene un carácter simplemente correctivo, pensado para instrumentalizar la naturaleza al quedar al servicio del mercado y olvidarse de los derechos bioculturales del territorio.

Como vamos

Con el pronóstico de que las precipitaciones podrían seguir afectando gran parte del país hasta el primer trimestre de 2023, tras la tercera temporada consecutiva de La Niña repitiéndose en el invierno de hemisferio norte de la Tierra -un fenómeno que no tiene antecedentes históricos registrados-, gracias al cambio climático Colombia está enfrentando los impactos del invierno más severo de las últimas décadas. Al respecto la NOAA y el CPC informaron en noviembre de 2022, que basados en un consenso de pronosticadores del Centro de Predicción del Clima CPC y del Instituto de investigación IRI de la Universidad de Columbia, la probabilidad de una fase cálida de el NIÑO, sólo podría prosperar tras el primer equinoccio del año entrante. Ver Imagen de la NOAA y el CPC 2022.entrante. Ver Imagen de la NOAA y el CPC.

Aunque el fenómeno del ENSO es un patrón climático recurrente que implica cambios entre 1°C y 3°C respecto a las condiciones normales, en la temperatura de las aguas en la parte central y oriental del Pacífico Ecuatorial, con períodos que van de tres a siete años, y aunque sus consecuencias se centren en Colombia, Ecuador y Perú, sus impactos pueden alcanzar a todos los países del mundo.

2022.

Imagen 74- Probabilidad del ENSO. NOAA-CPC 10-11-2022. Mientras en La Niña 2010- 2011, además de 30 municipios requiriendo reasentamiento, caso Gramalote – Norte de Santander, se afectaron 1.150.000 familias equivalentes al 6% de la población colombiana; y ya en el 2022 cuando se reportan las precipitaciones más intensas de las últimas cuatro décadas, en 772 de los 1.103 municipios del país se superan los 488.502 damnificados de 147.562 familias del país afectadas (UNGR). Si en el trienio 2020-2022, suman 465 las víctimas mortales, la cuantía del 2022 incluyendo el deslizamiento de Pueblo RicoRisaralda, es de 227 muertes.

Evaluación del riesgo R

Colombia que ha sufrido las consecuencias de fenómenos naturales propios del medio tropical andino, por estar concentrada su población en la Región Andina y del Caribe, en dicha problemática la gestión integral del riesgo debido al cambio climático cuando arrecian El Niño o La Niña, y frente a la amenaza sísmica en nuestros medios urbanos, seguirán siendo los dos desafíos más relevantes y para los cuales se demandan algunas acciones y estrategias de carácter participativo y elementos de política pública que, mediante la apropiación y conocimiento del territorio, faciliten la necesaria adaptación ambiental y la reducción de la vulnerabilidad a las amenazas naturales en las zonas de riesgo significativo.

Para proceder a evaluar estos escenarios, máxime ahora que la amenaza climática se ha intensificado como consecuencia del cambio climático, la valoración del Riesgo R se hace en función del período de las Amenazas Tr y de la vida útil de una obra n, mediante la siguiente expresión:

R=1-(1-1/Tr)n

Como fundamento, para estimar R, en la fórmula el factor 1/Tr es la probabilidad temporal del evento, así se trate de lluvias o de sismos. Las obras se diseñan del lado de la falla, donde R>50%, pues de lo contrario la ciudad no sería viable: obsérvense los valores de la diagonal. Y en el caso de obras diseñadas para n= 100 años, vemos cómo se incrementa el riesgo R de 0,63 a 0,98, cuando se reduce el período de retorno Tr de una amenaza al pasar de 100 años a tan solo 25 años

Imagen 75. TABLA: Ploteo mostrando los valores del Riesgo R al aplicar la fórmula anterior. Igualmente, la tabla permite inferir cómo con la tala de los bosques y los modelados del terreno en zonas montañosas, con la ocurrencia de eventos extremos como los que trae el cambio climático, al acortarse el período de retorno Tr de la amenaza, ahora se ha comprometido el factor de seguridad de largo plazo de nuestras frágiles laderas, dado que para valores elevados del parámetro n el valor del riesgo R, es uno, tal cual lo muestra la tabla precedente.

Qué hacer

Siendo el ENSO un fenómeno natural y no una amenaza, si la amenaza que estamos enfrentando es el cambio climático como factor que exacerba los fenómenos climáticos extremos durante El

Imagen 76. Colombia- Bosques y Deforestación - IDEAM. Vulnerabilidad al Cambio Climático. PMA.

Niño y La Niña, en Colombia debemos combatir la deforestación, recuperar las rondas hídricas, proteger las fuentes de agua y resolver los conflictos de uso y manejo del suelo, para mitigar la vulnerabilidad a los desastres hidrogeológicos que estamos viviendo, lo que supone intensificar los Planes de Manejo de las cuencas y microcuencas, y de las áreas de interés ambiental, e incluso implementar sistemas de alerta temprana e identificar áreas críticas para emprender dichas acciones integrales.

Como referente, la carga de sedimentos en la gran cuenca del Magdalena-Cauca, asociada a la erosión del 80% de dicho territorio, y de cuya cobertura original tras 200 años sólo restan: el 4% de las 12 millones de hectáreas de guadua, el 8% de 9 millones de hectáreas de los bosques secos y el 25% de 9,7 millones de hectáreas de bosques de niebla, lo que se expresa en una rata anual de pérdida de suelos que cuadruplica la del Amazonas y Orinoco para generar 150 millones de toneladas anuales de sedimentos que llegan al mar según el investigador Juan Darío Restrepo de EAFIT, además del blanqueamiento del 80% de los corales del Caribe y de haberse reducido la pesca al 10%, desde 1991 cuando se creó Cormagdalena.

Súmese a lo anterior, la contaminación industrial en los medios naturales y transformados, la expansión urbana y de la frontera agrícola y de las áreas mineras, y la degradación de los ecosistema por indebido uso o mal manejo no sólo de los recursos, sino también del agua, la biota y los suelos de cultivo como bienes inalienables de interés general, equivocadamente denominados recursos y como tal considerados mercancías objeto de explotación en lugar de tratarlos como bienes inalienables del patrimonio natural que debe preservarse, si es que deseamos, además de mitigar el cambio climático, restablecer los derechos bioculturales de cada territorio degradado y migrar de la economía lineal del despilfarro a un modelo de economía circular.

* U.N. de Colombia Sede Manizales. In UN Periódico. UNIMNEDIOS, 12-2022. *** 12.8.

FRAGMENTACIÓN URBANA Y CLIMA EN COLOMBIA.

Imagen 77: Mosaico con desarrollos verdes en Colombia para innovar en la adaptación urbana. Fuentes varias: Crédito en cada imagen.

Las ciudades colombianas ubicadas en la Región Andina y Caribe, todas pertenecientes al trópico andino y caracterizadas por problemáticas sociales, ambientales y económicas comunes, requieren una agenda de adaptación al cambio climático, donde se conjuguen estrategias no solo para reorientar su consumo energético, sino también para resolver los profundos conflictos del modelos de ocupación del territorio, en un medio biodiverso y pluricultural que demanda enfoques de desarrollo sostenible en las políticas públicas sobre planificación, administración y actuación para los medios urbanos, considerando, además de la estabilidad de la estructura ecológica de soporte y el respeto de los derechos bioculturales, los desafíos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Estas reflexiones, a propósito de la tragedia en La Esneda, una zona urbana de Pereira con antecedentes de invasión y considerara de alto riesgo, que por la falla del talud del río Otún en límites de Dosquebradas, tras un aguacero provocó un deslizamiento hacia las 6:25 de la mañana del 8 de Enero de 2022, sepultó seis viviendas y afectó otras 20, causando la muerte de varias personas.

La amenaza climática

Colombia ya convertida en un escenario urbano desde finales del siglo XX, por la interacción de factores como cambio climático, clima extremo y presión antrópica, al estar sufriendo las consecuencias del colapso de sus ecosistemas y el aumento de la frecuencia e intensidad de los eventos climáticos extremos, expresado en sequías, incendios forestales, inundaciones y deslizamientos, y otras agresiones, entre los desafíos ambientales le urge priorizar la adaptación de los medios urbanos con sus entornos al medio tropical andino, resolviendo su vulnerabilidad al cambio climático.

Ante dicho escenario, como respuesta en el país se han puesto en marcha estrategias de mitigación y adaptación, indiscriminadas: mientras las de adaptación consideran la vulnerabilidad de las comunidades humanas y de los ecosistemas ante ciertos eventos climáticos sin mirar a fondo el contexto, las de mitigación se han quedado en la normativa para reducir las emisiones en sectores específicos (transporte, industria, agricultura, energía, etc.), y para la preservación y mayor presencia de sumideros de carbono, un capítulo en el que también cabría legislar sobre procesos de renovación urbana de alto contenido socio-ambiental.

Y en relación con los acuerdos sobre Cambio Climático, sabemos de los escollos a nivel internacional, ya que la política ambiental está expuesta a las decisiones de los grupos de poder, que son quienes deciden qué acciones se deben emprender: si allí, para la implementación de acciones necesarias, que todavía son insuficientes, el asunto no se puede considerar como si fuera un campo de percepción, preocupación y acciones homogéneas, el problema fundamental en gran medida se relaciona con la fórmula a implementar por estar expuesta a las decisiones que se deberían considerar prioritarias en los acuerdos.

Ahora, siendo las ciudades, y en particular las grandes megalópolis de los países en desarrollo, núcleos de múltiples interacciones que deterioran los ecosistemas, degradando los servicios ambientales que proveen, las implicaciones de la creciente urbanización alterando el clima con sus emisiones y cambios profundos en la regulación térmica e hidrológica, el desafío obliga a precisar los daños ambientales e identificar responsables y afectados, lo que exige descifrar los núcleos receptores de insumos y expulsores de desechos, y la racionalidad de las decisiones involucradas.

El desafío ambiental

Pero dada la historicidad y temporalidad de los procesos de urbanismo con consecuencias funestas, si la carencia de una acción reparadora dificulta su mitigación preventiva, pareciera que estamos expuestos a sufrir sus futuras consecuencias, entre ellas las de los eventos climáticos extremos, tal cual lo estamos padeciendo con las frecuentes inundaciones en Bogotá y en Cartagena, las crecientes de los arroyos en Barranquilla, las riadas descendiendo por laderas de Medellín y los deslizamientos en Manizales, entre otros eventos que ponen en evidencia, la carga histórica de los pasivos ambientales del modelo de ocupación urbana.

De ahí la importancia de una adaptación al cambio climático, con enfoques estructurales que brinden oportunidades equilibradas e incluyentes de desarrollo en los grandes centros urbanos y sus entornos metropolitanos como atractores demográficos, mirando no solo el tema de la congestión vehicular y contaminación del aire, dos aspectos a mitigar con el modelo de movilidad

y combinación de usos del suelo, sino también la vulnerabilidad yendo más allá de los factores naturales de la amenaza, para resolver la fragmentación social y espacial del hábitat.

Según el DANE (IEU 2017), entre 1997 y 2017, el crecimiento urbano en las cabeceras municipales de Colombia, que se ha incrementado 37,2% y donde se ha concentrado el 60% de la población más pobre del país, presenta los mayores incrementos demográfico en Bogotá D.C., Antioquia, Valle del Cauca, Cundinamarca y Atlántico, mostrando las mayores cuantías en las ciudades de jerarquía importante, así las mayores tasas de crecimiento demográfico de esos 20 años se hayan dado en zonas de baja polarización, como Vichada (120,7%), La Guajira (108,2%), Casanare (94,7%), Vaupés (88,7%) y Guaviare (87,5%)”.

Si a Colombia el proceso acelerado de urbanización la ha transformado, es por la configuración de una problemática social que reclama mayor equidad y sostenibilidad ambiental. Lo anterior, ya que a partir de las décadas de 1960 y 1970 con cerca de dos tercios de su población en áreas rurales, luego de intensas migraciones y éxodos rurales relacionados con la violencia, la concentración de la tierra y las precarias condiciones de vida en el campo, el país pasó a tener casi tres cuartos de su población concentrada en las ciudades.

Como ejemplo: la amenaza hidrogeológica en Manizales, una ciudad intermedia de 400 mil habitantes, que fuera fundada en 1849 sobre un ramal cordillerano y a 2150 m s.n.m. en la cuenca media del río Chinchiná; un escenario donde las debacles por deslizamientos se explican por causas antropogénicas, ya que partir de 1970 la ciudad con cerca de 233 mil habitantes, se empieza a expandir por décadas sin control ni escuadra, invadiendo sus frágiles laderas. Hoy por fortuna, además del sistema de alertas tempranas para prevenir afectaciones por deslizamientos, se cuenta con el programa “Guardianas de las laderas”.

Adaptación al Cambio Climático.

Según informe de la Oficina del director de Inteligencia Nacional de Estados Unidos ODNI (2022), aunque no precisa detalles, señala que Colombia por no tener “la capacidad de adaptarse” al cambio climático, está en la lista de 11 países en condiciones “preocupantes” para el año 2040. Adicionalmente, al tratar sobre la resiliencia al cambio climático, el director regional de ONU Hábitat, señala que en América Latina y el Caribe, por ser una de las regiones más urbanizadas del mundo, no se puede hablar de adaptación al cambio climático sin mirar las brechas estructurales de nuestras ciudades, por tratarse de medios urbanos desiguales, segregados.

Dentro de la lista de emisores GEI per cápita mundiales, Colombia al 1016 se ubica en la posición 105. Su emisión bruta per cápita es muy similar al promedio latinoamericano: 7 ton de CO2 eq anuales, valor casi idéntico al promedio mundial (IDEAM 2016). Además, nuestra huella ecológica de 1.9 hectáreas por persona, ya supera el percápita de 1,8 hectáreas de la biocapacidad del planeta. Con todo esto, la apuesta de país, es por la Reducción de las emisiones de GEI proyectadas a 2030, e implementar el Plan Nacional de Adaptación al Cambio Climático (PNACC), formulado en 2011. Si se cumple la meta, podría estar cerca del nivel actual de emisiones GEI per cápita, estimado en 4.8 toneladas de CO2eq/hab.

Aunque las estrategias de largo plazo sobre desarrollo ambiental, parten de la cultura para poder transformar la sociedad conduciéndola hacia una ética ecológica, al considerar la incidencia del modelo urbano como guía para la construcción de un medio paranatural ecológicamente sólido, donde la adaptación al cambio climático permita enfrentar los eventos climáticos extremos y contribuir a la trasformación gradual del clima, surgen al menos tres aspectos relevantes relacionados: emisiones, vulnerabilidad y capacidad de respuesta.

Finalmente: sobre la adaptación al cambio climático en ciudades costeras de Colombia, los enfoques del Plan de adaptación de INVEMAR y otros (2014), contemplan: Reducción de la exposición; Aumento de la resiliencia a los riegos cambiantes; Reducción de la vulnerabilidad;

Preparación, respuesta y recuperación; Transferencia y distribución de riesgos; y Transformación. Debería esperase que dicho enfoque conduzca al transporte verde, al drenaje pluvial y fluvial en el medio urbano, al saneamiento de residuos, y a la eficiencia térmica e incremento del verde urbano en áreas construidas.

*Referencia: Instituto de Estudios Urbanos. U.N. de Colombia, febrero 13 de 2022. ***

12.9. BOSQUES: REGULACIÓN HÍDRICA Y PLUVIOMÉTRICA

Imagen78: Colombia- Riesgos por Cambio Climático, y Capacidad de adaptación al Cambio climático, por regiones. Ideam 2021. IDEAM-PNUD. …

En Colombia, las lluvias de las temporadas invernales, arrecian. Ya los inviernos cada vez más húmedos y los veranos más secos, expresan el descontrol hídrico y pluviométrico, resultante de la tala de bosques, dado que, tras la pérdida de la cobertura forestal, se pierde la función reguladora del clima, ya que los bosques tienen una doble función: retienen humedad y descargan las nubes.

De la primera función, el resultado es la existencia de las aguas subterráneas gracias a que se favorece la infiltración, y por lo tanto el control hídrico, dado que el caudal de los ríos con cobertura vegetal gracias a los manantiales, resulta ser casi el mismo en invierno que en verano. Pero, lamentablemente, al desmantelar los bosques, favoreciendo las escorrentías, y darles muerte a las aguas subterráneas, se ha generado el descontrol hidrológico.

De la segunda función, tras la condensación de la humedad contenida en las masas de aire durante su tránsito desde los valles hacia la montaña, al descargarse las nubes también las lluvias resultan más moderadas y bien distribuidas. La condensación del agua contenida en la atmósfera, fenómeno que se establece en el ámbito del bosque, se anuncia con su ambiente húmedo de los musgos y el fresco del aire vecino al follaje. Pero desafortunadamente, como consecuencia de la deforestación, se presenta el descontrol pluviométrico, gracias a que las precipitaciones resultan más intensas.

Si por el “efecto de pavimento” asociado a la potrerización de las montañas, las escorrentías van a las quebradas de inmediato, es porque sin la cobertura boscosa son breves los tiempos de concentración de las aguas lluvias y enormes los caudales de los torrentes. Así, la erosión de los

cauces de montaña resulta inminente, mientras que, en los valles de salida de los ríos, la sequía y las inundaciones complementan la desgracia. …

La deforestación

Imagen79: Colombia- Cobertura boscosa (2020) en Visión Amazonía; y Coberturas vegetales al 3003. IDEAM.

Como referente: si en Colombia, de 9,7 millones de hectáreas de bosques de niebla, en lo recorrido de la vida republicana solo resta el 25%, y de los bosques secos que cubrieron 9 millones de hectáreas, solo queda el 8 %, también en 200 años los guaduales de Colombia pasaron de 12 millones de hectáreas a tan sólo 50 mil, quedando de ellas 20 mil hectáreas en el Eje Cafetero y 6 mil en Caldas.

En consecuencia: cuando existen bosques, las lluvias por intensas que sean se retienen, luego se infiltran en el subsuelo y al cabo de meses, años y décadas, retornan a la superficie por los manantiales, razón por la cual podemos afirmar que, cuando las cuencas tienen sus coberturas boscosas, el caudal de los ríos resulta ser casi el mismo en invierno que en verano, puesto que estos dependerán más de las aguas infiltradas que de las escorrentías.

A modo de ejemplo; en la década de los años 80, ya se leía en una placa colocada por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Adecuación de Tierras (Himat), en el puente de la vía que de Guayabal conduce hacia Armero, Tolima: “Río Sabandija, caudal mínimo 2 m3 por segundo y caudal máximo 100 m3 por segundo”.

La causa primaria de semejante descontrol hídrico, el que se expresa con la erosión intensa de la cuenca del ´Sabandija, para dicha época era asignable a los habitantes de las laderas de montaña, quienes al transforman los bosques en potreros en beneficio propio, también trasladaban las consecuencias de los pasivos ambientales a quienes habitan el valle de salida, donde los habitantes que terminan sufriendo la sequía en el verano, padecen la amenaza de la inundación de sus parcelas en el invierno, e incluso la de avenidas torrenciales en su hábitat.

Recuérdese que, en febrero 16 de 2009, aguas abajo, el río Mira desbordado por la crecida corriente, inunda la población de Tumaco y sus veredas, para obligar la salida de 11 mil habitantes de este municipio.

El Calentamiento Global

Imagen 80: Colombia- emisiones por sector económico y por módulo del IPCC. Ideam-PNUD. Pero si el cambio climático, la mayor amenaza que tendremos desde ahora hasta finales de siglo XXI obliga a examinar evidencias como la del deshielo del Parque Nacional Natural de los Nevados en un 50% -en 25 años- y el inminente riesgo de pérdida de éste y otros ecosistemas, cuando la temperatura se incremente en varios grados más, para mitigar sus efectos, también resulta necesario articular medidas relacionadas con la Preservación del Medio Ambiente, y a asegurarnos que estas estén debidamente incorporadas en los diferentes instrumento de planificación de los entes territoriales y sectoriales que hacen presencia en la región.

Aquí, nos permitimos proponer algunas prioridades relacionadas con el Cambio Climático, ya que las sequías prolongadas y lluvias más intensas, hacen parte del escenario esperado.

En primer lugar, se deben implementar políticas y planes forestales, para blindar de paso los efectos sobre el patrimonio hídrico, biótico y la erosión, y sobre los ecosistemas que están fragmentados.

En segundo lugar, sustituir las plantas térmicas soportadas en combustibles fósiles, complementando la hidroelectricidad con fuentes alternas de energía como la solar, eólica, geotérmica y de biocombustibles.

En tercer lugar, la utilización de medios y modos de transportes limpios y más eficientes, como lo son los medios masivos de transporte público y limpio en los escenarios urbanos, y el transporte fluvial y ferroviario para movilizar las cargas.

En cuarto lugar, la recuperación de las rondas hídricas y el blindaje de las áreas de interés ambiental.

Y en quinto lugar, la educación ambiental para sensibilizar a la población hacia el uso eficiente y adecuado de los recursos naturales, del agua y de la energía, y para combatir el consumismo, la contaminación y el despilfarro.

*Manizales, Mayo 27 de 2022.

12.10. NO TODO LO QUE BRILLA ES ORO.

RESUMEN: A diferencia de una minería artesanal y limpia que puede coexistir con la minería industrializada subterránea, cuando se practica con responsabilidad social y sin comprometer biomas estratégicos, la mega minería y la minería ilegal, son dos flagelos que amenazan el frágil ecosistema andino en la Ecorregión Cafetera.

El “vil metal” como se le llama al oro cuando se usa como medio de pago, que si hace una década se cotizaba a U$600 la onza hoy cuesta el doble, desde épocas coloniales ha sido uno de los principales motores económicos del país: si en el siglo XVI la Nueva Granada producía el 39% el oro del mundo, y hasta el siglo XX Colombia participaba con el 30%, hoy con 56 toneladas por año ocupa el puesto decimocuarto a nivel mundial y el segundo en Sudamérica, después de Perú (151). Además, para el caso de Caldas que con 1,8 toneladas por año aparece en el sexto lugar de Colombia, el municipio productor por excelencia es Marmato, cuyas regalías por tal concepto suman $1.639 millones, cuantía más de veinte veces superior a lo que generan los demás municipios juntos.

Ahora, si en Colombia existen dos grandes empresas que controlan el 12% de la producción: la Mineros conformada por Colpatria, la Corporación Financiera Colombiana y otros socios menores, y la Gran Colombia Gold de Canadá, pero la mayor proporción estimada en el 80% del oro del país es de la minería ilegal, entonces, en nombre de esta actividad empresarial, a las fuentes de agua del país se vierten 200 toneladas de mercurio al año, 100 de ellas en Antioquia, y también en la Depresión Momposina donde los ríos Cauca, Cesar y San Jorge desaguan al río Magdalena, convergen las aguas servidas llevando el mercurio de 1.200 minas de aluvión y los vertimientos de la Región Andina donde habitamos el 70% de los colombianos.

Además, en razón a la mirada utilitarista de multinacionales blindadas por una ley que desampara a los colombianos, o de la máquina devastadora de la informalidad cooptada por el “para-estado”, esta actividad extractiva se ha venido constituyendo en una severa amenaza para los ecosistemas andinos ubicados en los departamentos de mayor producción de oro en Colombia: basta examinar los procesos de deforestación en el Amazonas y el Chocó, los intentos de arrasar santuarios como el páramo Santurbán y de perforar por el “oro negro” en Caño Cristales, cuando no la criminal

Imagen 81: Minería ilegal, río Ovejas. Juan Bautista Díaz. El Tiempo 13.02.2015.

degradación del paisaje en el Bajo Cauca con la destrucción del humus, y las charcas de mercurio y cianuro, herencia de uno de los negocios más fructíferos de los últimos tiempos: el oro.

En Marmato, el cuarto municipio más viejo de Colombia (1537), un verdadero enclave económico dado el contraste entre su elevado PIB per cápita para unas NBI mayores al 30%, y donde las reservas auríferas tras 100 km de perforaciones exploratorias han pasado a 11,4 millones de onzas de oro, pese a haber sido objeto temprano de la intervención del Estado desde la Misión Boussingault (1822-1831) que eleva la eficiencia de la explotación en un 25%, y de haber contado desde 1980 con la presencia de Ecominas -luego Mineralco- como ente administrador de las minas en representación del ministerio de Minas y Energía, se tiene que de las 500 minas de socavón, la mitad concentrada en el Cerro el Burro, únicamente 121 tienen título, entre estas 103 propiedad de la Gran Colombia Gold.

Si en el precioso poblado de Iván Cocherín, guacheros y pequeños mineros que en medio de minas ilegales cuya legalización no está a su alcance técnico ni económico, al no encontrar oficio empujados por la necesidad van tras los socavones abandonados asumiendo los riesgos que conlleva la informalidad mientras sus mujeres, niños y mayores deben recurrir al mazamorreo en aguas contaminadas, entonces qué podremos esperar en La Colosa o Cocora y Tolda Fría, donde la sudafricana Anglo Gold Ashanti o la canadiense Río Novo han puesto el ojo para explotar oro a cielo abierto, sin importar el equilibrio ambiental de esta barrera natural protectora del PNNN, ni la sobrevivencia de especies emblemáticas como el cóndor y la palma de cera.

Razonablemente, nuestra Sociedad de Mejoras Públicas previendo la amenaza sobre ecosistemas y el agua, como defensora del territorio y de la vida al conocer lo que está ocurriendo en la quebrada La María de la Vereda Montaño de Villamaría, vecina a la Reserva de la Chec y afluente directo del Río Chinchiná cuya cuenca comparte con Manizales, ha logrado la suspensión provisional de la Mina Tolda Fría.

* [Ref.: La Patria. Manizales, 2016.05.23].

12.11. LA GEOTERMIA: ALTERNATIVA ENERGÉTICA RENOVABLE Y AMIGABLE

Imagen 82: Central geotérmica de Nesjavellir en Islandia. Wikipedia.org

El aprovechamiento del calor natural irradiado por el núcleo de la Tierra, conservado en rocas con anomalías térmicas, transportado por fluidos internos a través de rocas, o en áreas con gradientes de temperatura significativos, se conoce como geotermia, una rama de las geociencias que se ocupa de una de las fuentes de energía renovable de mayor potencial para varias regiones del

planeta, aunque poco utilizada. Como referente, la media del gradiente geotérmico es de 33°C por Km de profundidad.

El proceso tecnológico correspondiente permite aprovechar la energía térmica asociada al calor de las rocas o de los fluidos existentes, bajo la superficie de la Tierra y en zonas geológicas especiales, para su posterior uso como energía eléctrica principalmente, o para calentar el ambiente en una zona habitada o la atmósfera de cultivos o bienes que lo requieran, según estemos hablando de energía térmica para uso doméstico o industrial.

Después de utilizar la energía geotérmica accionando turbinas para generar electricidad, los fluidos remanentes, al igual que los de pozos cuya fuente de calor subterránea no supere los 100ºC de temperatura, pueden tener como aplicación la producción de energía térmica para uso industrial y doméstico, e incluso, para calentar agua o climatizar ambientes si los recursos extraídos sólo tienen temperaturas menores a los 25ºC.

Ejemplos

Imagen 83: Central de energía geotérmica: Fuente: Emaze.com

El uso de un sistema geotérmico susceptible de ser aprovechado con ventaja, tal cual ocurre en el norte de Europa, Japón o Estados Unidos donde ya llevan décadas, todavía no está muy extendido, pese a tratarse de una de las fuentes de energía renovables con gran potencial en muchos casos, y a la disponibilidad de tecnologías que facilitan desarrollar un campo geotérmico con capacidad de aprovechamiento y beneficios razonables.

Si bien a nivel mundial en energía geotérmica la capacidad instalada al 2010 llegaba a unos 18.500 MW, y la tecnología desarrollada para su aprovechamiento y que ha sido completamente asimilada, se ha concentrado sólo en explotación de sistemas convectivos hidrotermales de alta temperatura, los cuales se encuentran presentes en forma limitada en el mundo, también los sistemas geotérmicos de mediana y baja entalpía (temperaturas < 180 °C), y que se destinan en aplicaciones de usos directos: por ejemplo, en los sectores residencial, comercial, servicios, agrícola e industrial, ahora son de gran interés.

Centroamérica donde el 8 % de las necesidades anuales de electricidad son cubiertas por el uso de la geotermia, cuenta con más de 1,300 fuentes de agua termal con potencial. Como referente, el arco energético de los países del Sistema de Integración Centroamericana SICA, es: energía hidráulica 42,7 %, hidrocarburos y combustibles fósiles 39,8 %, geotermia y viento 5,2 % cada una, bagazo de caña en ingenios azucareros 4,8 %, energía solar 2,2 %, y biogás 0,1 %.

En la prospección de fuentes de origen magmático, un indicador de la energía disponible en el reservorio lo constituye la naturaleza de las fumarolas, examinando la química de los gases volcánicos emanados: las cloruradas, anuncian ambientes de 800°a 450°C; las ácidas, ambientes de 450° a 350°C, y las alcalinas o amoniacales, de 250° a 100°C. Las segundas están compuestas por vapores de agua, ácido clorhídrico y anhídrido sulfuroso y las terceras por cloruro, amónico y ácido sulfhídrico.

El modelo geotérmico

Imagen 84: Campo geotérmico en ambiente volcánico. Por Leonardo Solís.

A la pregunta, cómo funciona la geotermia y cómo se extrae la energía, la respuesta empieza por aclarar que existen diferentes técnicas de captación: primero la horizontal enterrada, cuando el sistema que trabaja a poca profundidad (entre 0,5 y 1,5 metros), lo hace con colectores horizontales, que constan de un entramado de tuberías de polietileno o ales, en cuyo interior circula agua con anticongelante.

Contrariamente, cuando no se tiene suficiente espacio, está la captación vertical mediante sondas geotérmicas verticales, donde las tuberías del sistema pueden alcanzar los 150 metros de profundidad; y finalmente, está la captación por ríos o lagos, que consiste en servirse de las aguas termales para introducir en la masa del fluido los captadores, y realizar allí el contraste de temperaturas.

Una vez que la energía ha sido captada, el siguiente paso es convertir el calor del fluido en energía mediante una bomba geotérmica de calor que, al captar la energía térmica pasa a un evaporador, donde el calor se mezcla en un circuito con refrigerante, que entra en estado gaseoso y puede acceder al compresor y condensador: allí regresa al estado gaseoso para ser utilizada como calefacción o agua caliente.

Una ventaja de la geotermia, radica en permitir el uso escalonado de la energía: inicialmente, con el fluido a alta temperatura se generaría electricidad, luego puede conducirse a través de termoductos dicho fluido decenas de kilómetros sin que haya pérdida significativa de calor, para lograr su uso industrial utilizando intercambiadores de energía, y finalmente el agua llegaría a invernaderos o a baños termales.

Un campo geotérmico, podría ser el de un reservorio a alta temperatura ubicado a menos de 2 Km de profundidad, litológicamente establecido en rocas porosas, pero protegido por una capa sello impermeable para prevenir la pérdida de energía térmica. Si a dicho reservorio llega un pozo productor para llevar vapor a una la turbina y generar electricidad, también podría instalarse un pozo de reinyección para regresar el agua residual al yacimiento.

¿Y Colombia qué?

Imagen 85: Colombia – Zonas con Potencial Geotérmico. ISAGEN, 2014.

Aunque Colombia, al igual que Centro América, no cuenta con escenarios de vulcanismo efusivo tal cual ocurre con las Islas Canarias, sino de tipo explosivo, las posibilidades de energía geotérmica vulcanogénica, pasan por los tres segmentos volcánicos: Galeras, Huila y Ruiz; pero igualmente por áreas con anomalías térmicas ya identificadas durante las exploraciones petroleras, razón por la cual la búsqueda de yacimientos promisorios para Colombia en tiempos recientes, se extienden a volcanes en estado OFF y pasan por los Llanos.

Si en Colombia, el petróleo no sólo continúa aumentando de precio, sino que se están agotando sus reservas probadas, tendríamos dos razones para valorar favorablemente la opción de generar energía eléctrica con recursos geotérmicos de baja temperatura, cuyas perspectivas se vuelven más prometedoras, así la generación de electricidad con plantas de ciclo binario resulte poco competitiva en comparación con las convencionales, aunque habría que implementar un programa de investigación sobre las posibles aplicaciones de la geotermia de baja y media temperatura.

En marzo de 2021, Parex Resources con la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, puso en funcionamiento el primer proyecto de generación eléctrica del país con 100 kW de potencia instalada, a partir de energía geotérmica, en Campo Maracas de Casanare; a esto se suma que dicha empresa tiene otro piloto de baja entalpía con capacidad de 35 kW, para ser desarrollado en Campo La Rumba, en el municipio de Aguazul en Casanare, similar al piloto de Chichimene en Acacías, Meta, el que desarrolla Ecopetrol con una capacidad de 2 MW.

¿Y la región qué?

En el país, cuando la Central Hidroeléctrica de la CHEC, con su departamento de Geotermia, entre otros escenarios identificados optó por el sector occidental de la Olleta, por tratarse de una de las zonas más proclives a ser fuente de energía geotérmica del Macizo Volcánico Ruiz Tolima, al perforar un pozo exploratorio a 1400 m de profundidad y a una altitud de 3500 m snm, se encontró una anomalía térmica interesante, de unos 230°C.

Imagen 86: Complejo Volcánico Ruiz Tolima. Ideam

Para ese entonces, el aporte de Ingeominas elaborando el registro estratigráfico al pie de la perforación, y de la Universidad Nacional dándole soporte al proyecto en el campo de la geoquímica, además de resultar fundamentales para el proyecto, gracias a un modelo interinstitucional colaborativo, también se nutrieron los acervos tecnológicos de dichas instituciones, mismas que con CHEC participaron desde 1985 en actividades de investigación y monitoreo volcánico.

Finalmente, mientras el Servicio Geológico de Colombia, estima que el potencial de generación de energía eléctrica con recursos geotérmicos para el país, rondan los 138,60 EJ, equivalentes a unos 1.170 MW, casi la mitad de lo estimado por ISAGEN, la pregunta es si el modelo económico a largo plazo, por estar atado a una fuente de larga vida útil que demanda bajo costo de mantenimiento, compensará el elevado precio en la instalación de la infraestructura, y los costos ambientales relacionados con el vertimiento de fluidos que puedan contaminar acuíferos.

* Especial para la Revista Eje 21. Manizales. Febrero de 2022.

Lecturas complementarias

Compactación de suelos. En ingeniería geotécnica, la compactación del suelo es el proceso por el cual un esfuerzo aplicado a un suelo causa densificación a medida que el aire se desplaza de los poros entre los granos del suelo. Compactadores de presión estática y de vibración, Compactación por impacto. Métodos de compactación. TEMAS: Suelos no cohesivos. Suelos arenosos, limosos, arcillosos. Curva de Compactación. Saturación. Ver en: https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/3375/cap14.pdf

Consolidación de suelos.

Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de un suelo fino cohesivo, p.e. arcillas y limos plásticos, mediante la actuación de cargas sobre su masa en el transcurso de un tiempo generalmente largo. TEMAS: Principio de esfuerzo efectivo y esfuerzo neutro, Consolidación de suelos, Evaluación de asentamientos, Coeficiente de consolidación, Índices de compresión y recompresión del suelo, Carga de preconsolidación, Teoría de la consolidación, Grado de consolidación, Velocidad de consolidación, Potencial de expansión del suelo. Ver en: https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57121/consolidaciondesuelos.pdf

Triaxial y envolvente de falla.

Presentación del equipo de ensayo, Ensayo triaxial y corte, Ecuaciones paramétricas y Ejercicios teóricos El ensayo triaxial consiste en someter una probeta cilíndrica de suelo, preparada con una relación de dos veces el diámetro y que se encuentra confinada por medio de una presión hidráulica constante, a una carga vertical creciente con crecimiento constante hasta lograr su rotura , En el proceso de rotura, se miden las deformaciones producidas en la probeta Ver en: https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/3375/cap13.pdf

Pacífico Colombiano.

Entre las estrategias para acceder a la cuenca del Pacífico, Colombia requiere: 1- extender la red férrea del Corredor del río Cauca, para conectar a Buenaventura con Urabá, estableciendo un corredor logístico desde Antioquia hasta el Valle del Cauca, para el movimiento de carga. 2Establecer un paso interoceánico, entre Urabá y Cupíca aprovechando la vecindad de nuestros mares, mediante el Ferrocarril Verde complementado con la hidrovía del Atrato. Ambos proyectos: corredor logístico y paso interoceánico, se financiarían en gran parte con el Carbón Andino. Ver en: https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/56406/pacificocolombiano.pdf

Nuevo Túnel Cumanday, bimodal y competitivo.

Con el Ferrocarril Cafetero, cruzando la Cordillera Central a 1250 m snm por las granodioritas vecinas a Cerro Bravo, y con él la Transversal Cafetera que complementaría el paso por La Línea haciendo uso del nuevo Túnel Cumanday de 42 km de longitud, el costo de mover un contenedor desde Bogotá hasta nuestros puertos utilizando los trenes en lugar del modo carretero, se reduciría unas una cuarta parte, con lo cual el potencial exportador colombiano crecería 100%. La viabilidad del proyecto que supone extender el ferrocarril del Pacífico hasta Urabá, parte del efecto multiplicador de la reducción en los fletes.

Ver en: https://www.calameo.com/read/00230445301f4171d69ec

Visión retrospectiva y prospectiva del desarrollo regional.

Ponencia conmemorativa del Centenario de nuestra Benemérita Asamblea Departamental, intentaré plantear la visión que me propongo en este ejercicio, tomando como hilo conductor la dimensión histórica, para contemplar en ella varios períodos del desarrollo regional, que podrían resultar de utilidad.

Ver en: https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/70216/gonzaloduqueescobar.201026.pdf?sequence= 1&isAllowed=y

ENLACES U.N.

Aguacate en la tierra del café. Área metropolitana de Manizales.

Bosques, Cumbre del Clima y ENSO

Bosques para la Estabilidad del Medio Ambiente

Breviario caldense: asuntos del desarrollo regional Cambio Climático y Pasivos Ambientales del Modelo Urbano – Caso Manizales.

Ciencia, Tecnología y Sociedad CT&S.

Ciudad Región del Eje Cafetero como Revolución Urbana.

Colombia – En el día Internacional de la Biodiversidad.

Colombia Tropical ¿y el agua qué?

Corredor Bimodal Cafetero: un tren y una ferrovía.

CTS, Economía y Territorio. Cultura del agua en los ríos urbanos.

Cultura y Turismo en Caldas.

Economía colombiana: crisis y retos.

Economía General.

Ecorregión Cafetera: Minería y Medio Ambiente

Eje Cafetero: cambio climático y vulnerabilidad territorial.

Eje Cafetero: construcción social e histórica del territorio.

El desarrollo urbano y económico de Manizales.

El Ferrocarril Cafetero y la Intermodalidad

El Río Grande: navegación y derechos del territorio.

El territorio caldense, un constructo cultural.

El territorio del río Grande de la Magdalena.

El transporte en Colombia.

El transporte rural y el desarrollo de Caldas

El volcán y el desastre de Armero.

Ferrocarril Interoceánico UrabáCupica

Fundamentos de CT&S y Economía.

Fundamentos de economía y transportes.

Geotecnia para el Trópico Andino.

Gestión del riesgo natural y el caso de Colombia.

Gobernanza forestal para la ecorregión andina.

La economía en la era del conocimiento.

La gran cuenca MagdalenaCauca.

Legalidad y sostenibilidad de la guadua en la ecorregión cafetera.

Manizales: El futuro de la ciudad.

Manizales: perfil de su territorio y complejidades de su ordenamiento.

Manizales- Un TIM verde para el POT.

Más espacio y oportunidades para el ciudadano.

Minería en Tolda Fría ¿y el agua qué?

Misión de Sabios de Caldas: encuesta.

Neira: entre la Ruralidad y la Ciudad Región

Nuestra zona franca como motor de desarrollo

Nuestro corredor logístico para el PND

Paisaje y región en la Tierra del Café.

Peajes y movilidad en Colombia.

Planificación Estratégica para la movilidad en Manizales Plataformas Logísticas y Transporte Intermodal en Colombia.

Pobreza y ruralidad cafetera. Procesos de Control y Vigilancia Forestal en la Región Pacífica y parte de la Región Andina de Colombia.

Red de Veedurías de Caldas_Carta Abierta 2022.

Revolución urbana, desafío para el Eje Cafetero.

Río Blanco, cuna de vida… Subregiones del departamento de Caldas: Perfiles

Sustentabilidad y decrecimiento económico.

Temas cívicos para agendas de desarrollo regional.

Una mirada al contexto regional. Vicisitudes del Aeropuerto del Café – Aerocafé 2022.

Yuma o Guaca-hayo: el Río Grande de Colombia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA (1867-2017)

MANUAL DE GEOLOGIA PARA INGENIEROS Gonzalo Duque-Escobar MANIZALES, 2020 ANEXOS

Anexo 1: Fisiografía y Geodinámica de los Andes de Colombia

Anexo 2: Cambio Climático en Colombia: La Amenaza.

Anexo 3: Riesgo sísmico: los terremotos

Anexo 4: Desafíos del Complejo Volcánico Ruiz –Tolima

Anexo 5: El desastre de Armero por la erupción del Ruiz.

Anexo 6: Gestión del riesgo natural y el caso de Colombia

Anexo 7: Preservación Ambiental e Hídrica del PCC.

Anexo 8: Túnel Manizales

Anexo 9: Geomecánica

Anexo 10: Guía astronómica.

Anexo 11: Astrofísica y Estrellas

Anexo 12: La Luna .

Anexo 13: Colombia tropical, ¿y el agua qué?

Anexo 14: Pacífico biogeográfico y geoestratégico.

Anexo 15: El camino por el Río Grande de La Magdalena

Anexo 16: El Río Cauca en el desarrollo de la región.

Anexo 17: El desarrollo urbano y económico de Manizales.

Anexo 18: Plusvalía urbana para viabilizar el POT

Anexo 19: El futuro de la ciudad.

Anexo 20: Introducción a la economía del transporte.

Anexo 21: Introducción a la teoría económica.

Anexo 22: El territorio caldense: ¿un constructo cultural?

.

Anexo 23: Eje Cafetero: construcción social e histórica del territorio

Anexo 24: Colombia intermodal: hidrovías y trenes

Anexo 25: Sustentabilidad y decrecimiento económico .

Anexo 26: UMBRA: La Ecorregión Cafetera en los mundos de Samoga

Anexo 27: Textos “verdes”

Anexo 28: Videoteca del Museo Interactivo Samoga

HOME: Manual de geología para ingenieros

CONTENIDO: Cap01 Ciclo geológico, Cap02 Materia y Energía, Cap03 El sistema Solar, Cap04 La Tierra sólida y fluida, Cap05 Los minerales, Cap06 Vulcanismo, Cap07 Rocas ígneas, Cap08 Intemperismo ó meteorización, Cap09 Rocas sedimentarias, Cap10 Tiempo geológico, Cap11 Geología estructural, Cap12 Macizo rocoso, Cap13 Rocas Metamórficas, Cap14 Montañas y teorías orogénicas, Cap15 Sismos, Cap16 Movimientos masales, Cap17 Aguas superficiales, Cap18 Aguas subterráneas, Cap19 Glaciares y desiertos, Cap20 Geomorfología; Lecturas complementarias; Bibliografía.

A la Universidad Nacional de Colombia en sus 150 años.