La vegetación y la estabilidad de las pendientes están interrelacionadas por la capacidad de la vida vegetal que crece en las pendientes para promover y obstaculizar la estabilidad de la pendiente . La relación es una combinación compleja del tipo de suelo , el régimen de lluvias , las especies de plantas presentes, la orientación de la pendiente y la inclinación de la pendiente. El conocimiento de la estabilidad subyacente de la pendiente como una función del tipo de suelo, su edad, el desarrollo del horizonte , la compactación y otros impactos es un aspecto subyacente importante para comprender cómo la vegetación puede alterar la estabilidad de la pendiente. [1] Hay cuatro formas principales en las que la vegetación influye en la estabilidad de la pendiente: el lanzamiento del viento , la eliminación de agua , la masa de vegetación (sobrecarga) y el refuerzo mecánico de las raíces .
El derribo por el viento es el derribo de un árbol debido a la fuerza del viento, lo que expone la placa de raíces y el suelo adyacente debajo del árbol e influye en la estabilidad de la pendiente. El derribo por el viento es un factor cuando se considera un árbol en una pendiente; sin embargo, es de menor importancia cuando se considera la estabilidad general de la pendiente para un grupo de árboles, ya que las fuerzas del viento involucradas representan un porcentaje menor de las fuerzas perturbadoras potenciales y los árboles que están en el centro del grupo estarán protegidos por los que están en el exterior. [2]
La vegetación influye en la estabilidad de las pendientes al eliminar agua a través de la transpiración . La transpiración es la vaporización del agua líquida contenida en el tejido vegetal y la eliminación del vapor al aire. [3] El agua se absorbe desde las raíces y se transporta a través de la planta hasta las hojas .
El principal efecto de la transpiración es la reducción de la presión de agua en los poros del suelo , lo que contrarresta la pérdida de resistencia que se produce por la humectación, que se observa más fácilmente como una pérdida de humedad alrededor de los árboles. Sin embargo, no es fácil confiar en las raíces de los árboles y arbustos para eliminar el agua de las pendientes y, en consecuencia, ayudar a garantizar la estabilidad de las mismas. La capacidad de transpirar en condiciones húmedas se reduce gravemente y, por lo tanto, cualquier aumento en la resistencia del suelo previamente obtenida en la evaporación y la transpiración se perderá o se reducirá significativamente, por lo que los efectos de la transpiración no se pueden tener en cuenta en estos momentos. Sin embargo, se puede suponer que la posibilidad de falla de la pendiente después de la saturación por tormentas o períodos de lluvia prolongada se reducirá como resultado de la transpiración. Además, aunque los cambios en el contenido de humedad afectarán la resistencia al corte no drenado, los parámetros de esfuerzo cortante efectivo que se utilizan comúnmente en el análisis rutinario de estabilidad de pendientes no se ven influenciados directamente por el cambio en el contenido de humedad, aunque las presiones de agua (succiones) utilizadas en el análisis cambiarán. [2] [3]
Es importante señalar que las grietas de desecación pueden extenderse potencialmente por la vegetación en climas secos, lo que promueve la penetración más profunda del agua hasta un posible plano de deslizamiento y aumenta la presión del agua en el suelo durante los períodos húmedos. Sin embargo, estas grietas se llenarán con raíces que crezcan más profundamente en el suelo a medida que sigan el camino de menor resistencia. [2]
Estudios realizados en Malasia [4] han demostrado que existe una relación significativa entre la densidad de la longitud de las raíces, el contenido de agua del suelo y, en última instancia, la estabilidad de las pendientes. Las pendientes que tenían una alta densidad de raíces (debido a la densa vegetación en la superficie) tenían menos probabilidades de sufrir fallas de pendiente. Esto se debe a que una alta densidad de longitud de raíces da como resultado un bajo contenido de agua del suelo, lo que a su vez produce un aumento de la resistencia al corte y una disminución de la permeabilidad del suelo. Se sugiere que la densidad de la longitud de las raíces y el nivel de agua del suelo podrían usarse como indicadores de la estabilidad de las pendientes y posiblemente podrían usarse para predecir futuras fallas de pendientes. [4]
La transpiración se acentúa cuando la vegetación tiene un sistema radicular extenso y la transpiración rápida continúa durante todo el invierno. [5]
La eliminación de agua también se ve afectada por el sombreado que proporciona la vegetación. El sombreado ayuda a prevenir la desecación de los suelos, lo que provoca encogimiento y agrietamiento, lo que permite la penetración profunda del agua de lluvia. Las plantas necesitan tener una alta proporción de hojas por raíz y tener la capacidad de persistir durante los meses calurosos de verano para proporcionar un sombreado eficaz a los suelos. [5]
La masa de vegetación solo es probable que tenga influencia en la estabilidad de la pendiente cuando crecen árboles grandes en la pendiente. Es probable que un árbol de 30 a 50 m de altura tenga una carga de aproximadamente 100 a 150 kN/m2. Los árboles más grandes deben plantarse en la base de la pendiente con un posible fallo rotacional, ya que esto podría aumentar el factor de seguridad en un 10%. Sin embargo, si el árbol se planta en la parte superior de la pendiente, esto podría reducir el factor de seguridad en un 10%. [2] [5]
Cada situación de estabilidad de ladera debe considerarse de forma independiente en función de la vegetación involucrada. La transpiración reducirá el peso de la pendiente a medida que se pierda humedad. Esto puede ser significativo en pendientes de estabilidad marginal. [2]
Si se eliminan árboles de mayor tamaño de la zona de los pies de una pendiente, se producirá una reducción de la resistencia del suelo debido a la pérdida de los efectos de la evapotranspiración y una reducción de la carga aplicada, lo que puede dar lugar a succiones temporales en suelos arcillosos que podrían provocar un ablandamiento a medida que el agua disponible se absorbe para compensar las fuerzas de succión. Esto es similar al ablandamiento reconocido de las arcillas sobreconsolidadas debido a la relajación de las presiones de sobrecarga cuando se colocan en las capas superiores de un terraplén a partir de un corte profundo. [2]
Las raíces refuerzan el suelo al crecer a través de los planos de falla, las columnas de raíces actúan como pilotes y limitan la erosión de la superficie . [5] [6] [7]
Cuando las raíces crecen a través del plano de falla potencial, se produce un aumento en la resistencia al corte mediante la unión de partículas. Las raíces anclan el suelo superficial inestable en las capas estables más profundas o lecho rocoso . [1] Esto ocurre con mayor facilidad cuando hay un crecimiento rápido y profundo (1,5 m de profundidad) de raíces que duran más de dos años. Sin embargo, la fuerza ejercida por las raíces generalmente solo se extiende hasta 1 m (3,3 pies), mientras que la mayoría de las fallas ocurren entre 1,2 y 1,5 m (3,9 y 4,9 pies) de profundidad del suelo. [5]
El modelo de raíz de Tierra Reforzada es el resultado del alargamiento de la raíz a través de un plano de deslizamiento potencial que produce una fuerza de tracción de la raíz que se transfiere al suelo mediante contactos cohesivos y friccionales entre la raíz y el suelo. [8]
La resistencia a la extracción de una raíz es la resistencia medida de la estructura de la raíz a ser arrancada del suelo y es probable que sea solo un poco menor que la resistencia a la tracción medida de la raíz, que es la resistencia de la raíz a la rotura medida en el laboratorio. En los casos en los que no hay datos de extracción disponibles, los datos de resistencia a la tracción pueden usarse como una guía aproximada de la resistencia máxima a la extracción disponible. [2]
Se ha probado en el laboratorio la resistencia a la tracción de las raíces de una variedad de diámetros y especies y se ha determinado que es de aproximadamente 5 a 60 MN/m2. Para que la raíz mejore realmente la estabilidad de la pendiente, debe tener suficiente incrustación y adhesión con el suelo. La forma en que las raíces interactúan con el suelo es compleja, pero para fines de ingeniería las contribuciones de fuerza disponibles se pueden medir con pruebas de extracción in situ. [2]
La longitud de la raíz y el tipo de ramificación de la raíz afectan la forma en que se produce la falla de la raíz [2] [9] Se han identificado tres modos diferentes de falla en las raíces del espino que se relacionan con la relación raíz-suelo que se muestra en la forma de las raíces y la forma de la curva de falla. Las raíces que no tienen ramas tienden a fallar en tensión y arrancar directamente del suelo con una resistencia mínima. Las raíces que tienen múltiples ramas generalmente fallan en etapas a medida que cada rama se rompe dentro del suelo. Estas raíces pueden luego separarse en dos grupos diferentes: 1) aquellas que inicialmente alcanzan su fuerza máxima y luego mantienen una fuerza alta que disminuye progresivamente a medida que las ramas de la raíz fallan después de una tensión significativa y 2) aquellas que se rompen con una fuerza aplicada cada vez mayor. En una serie de pruebas, se puede medir una adhesión considerable entre un segmento de la raíz y el suelo antes de que la raíz finalmente se deslice fuera de la masa de suelo. [2]
Las raíces que no tienen ramas generalmente fallan por la tensión y salen del suelo con una resistencia mínima. La raíz alcanza su máxima resistencia a la extracción y luego falla rápidamente en un punto débil. La raíz se desliza fácilmente fuera del suelo debido al estrechamiento gradual (disminución progresiva del diámetro de la raíz a lo largo de su longitud), lo que significa que a medida que la raíz es extraída se mueve a través de un espacio que es más grande que su diámetro y, en consecuencia, no tiene más enlaces ni interacción con el suelo circundante. [9]
La falla de tipo B ocurre cuando las raíces ramificadas alcanzan inicialmente su resistencia máxima y luego mantienen una resistencia alta que se reduce lentamente a medida que las ramas de las raíces fallan después de una tensión significativa. En algunas pruebas, se puede medir una adhesión considerable entre una sección de la raíz y la masa de suelo antes de que la raíz finalmente se deslice hacia afuera. Las raíces bifurcadas requieren una mayor fuerza para ser extraídas, ya que la cavidad sobre la bifurcación es más delgada que la raíz que está tratando de moverse a través de la cavidad, esto puede provocar la deformación del suelo a medida que la raíz se mueve a través del suelo. [9]
Las raíces que tienen múltiples ramas o ramas bifurcadas también pueden sufrir fallas por tracción, pero fallan predominantemente en etapas a medida que cada rama se rompe dentro del suelo. Estas raíces se rompen con una fuerza aplicada cada vez mayor en etapas en forma de picos escalonados que corresponden a la ruptura progresiva de raíces de mayor diámetro. La raíz libera progresivamente sus enlaces con el suelo hasta la falla final por tracción. [9]
En algunos casos, cuando la raíz tiene una forma sinusoidal con muchas raíces pequeñas a lo largo de su longitud, la raíz alcanza su máxima resistencia al arrancamiento al enderezarse y luego se rompe en el punto más débil; sin embargo, en este punto la raíz no se arranca del suelo ya que se adhiere e interactúa con el suelo produciendo una resistencia residual. Si se detuviera el arranque en este punto, la raíz daría mayor resistencia al suelo. Sin embargo, si la raíz se arranca completamente del suelo, entonces no hay más interacción con el suelo y, por lo tanto, no se proporciona ningún aumento en la resistencia del suelo. [9]
Los estudios han demostrado [9] que la resistencia al arranque de las raíces del espino y del roble se ve afectada por las diferencias intraespecies, las variaciones interespecies y el tamaño de la raíz (diámetro) de una manera similar a como varía la resistencia a la tracción de la raíz (medida en el laboratorio). En la prueba de arranque, la fuerza aplicada que actúa sobre la raíz actúa a lo largo de un área radicular más grande, que involucra múltiples ramas, longitudes más largas) que la longitud corta (aproximadamente 150 mm) de raíz utilizada en las pruebas de resistencia a la tracción. En una prueba de arranque, es probable que la raíz falle en puntos débiles, como puntos de ramificación, nudos o áreas dañadas.
Los estudios también demostraron [9] que existe una correlación positiva entre la resistencia máxima a la extracción de raíces y el diámetro de las raíces de espino y avena. Las raíces de diámetro más pequeño tenían una resistencia a la extracción o una fuerza de rotura menor que las raíces de diámetro más grande.
Los árboles y las columnas de raíces pueden evitar el movimiento de masas superficiales al actuar como pilotes cuando hay contrafuertes y arqueamiento del suelo a través de un sistema de raíces profundas leñosas que tiene múltiples raíces hundidas con tallos y laterales incrustados. [5]
La vegetación también puede controlar la erosión hídrica al limitar los procesos superficiales, como el arrastre de agua y el flujo superficial. [6] [7] La vegetación puede contribuir considerablemente a la estabilidad de las pendientes al mejorar la cohesión del suelo. Esta cohesión depende de las características morfológicas de los sistemas radiculares y de la resistencia a la tracción de las raíces individuales. [1]
Hay evidencia considerable de que las raíces finas resisten la erosión superficial. El papel de las raíces finas en la estabilidad general de las pendientes no se entiende completamente. Se cree que las raíces finas ayudan a mantener unido el suelo superficial y previenen la erosión superficial. La red de raíces finas puede tener una cohesión aparentemente mejorada, que es comparable a los elementos de malla geosintética. La limitación de los procesos de erosión superficial es particularmente evidente en áreas de arbustos y pastos donde la distribución de las raíces finas es consistente y claramente definida; sin embargo, la cohesión generalmente se limita al metro superior (3,3 pies) del suelo. [2]
Fuentes