Fabián Hoyos Patiño
Fabián Hoyos Patiño, ingeniero geólogo de la Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Master of Science de Arizona State University, Tempe, Magister en Filosofía de la Universidad de Antioquia. Su práctica profesional ha incluido la construcción de carreteras, túneles y plantas industriales, la consultoría hidrogeológica, geotécnica y ambiental, y la docencia universitaria. Creó y dirigió, hasta la fecha de su retiro, el programa de Maestría en Ingeniería – Geotecnia y el Instituto de Estudios de Infraestructura en la Facultad de Minas de la Universidad Nacional.
En la actividad académica ha combinado la docencia y la investigación cuyos resultados ha dado lugar a numerosas publicaciones en memorias de congresos y en revistas científicas, incluídas algunas de Europa y de Norteamérica. Desarrolló un eficiente método de estabilización de taludes con barras hincadas y tensionadas que ha aplicado con éxito en su práctica profesional. Adicionalmente ha cultivado la historia y la filosofía de la ciencia con énfasis en la Revolución Científica; su tesis de maestría en filosofía versó sobre la formación del concepto de inercia y fue publicada en 2002 con el título Sobre Hombros de Gigantes.
En los últimos años sus intereses académicos han estado orientados en tres direcciones principales: la evaluación de la componente hidrogeológica regional en los procesos de erosión en masa, la estabilización química de los suelos expansivos y el desarrollo del concepto de resistividad hidráulica como complemento del concepto clásico de coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica.
La investigación de la componente hidrogeológica regional en los procesos de erosión en masa ha sido adelantada conjuntamente con el profesor B. Arnason, de la Universidad de Islandia, en cuyo laboratorio se han hecho las determinaciones isotópicas con base en las cuales se han desarrollado los modelos de infiltración y flujo del agua subterránea en condiciones de alta montaña. Los resultados más relevantes de este trabajo permiten asegurar que las variables más importantes en los procesos de infiltración del agua lluvia en el terreno son el relieve regional y la topografía local, al punto que la contribución de la infiltración en las vertientes de los valles andinos es apenas una fracción mínima de la que tiene lugar en los altiplanos, y así el agua que desencadena la mayor parte de los deslizamientos profundos ha sido infiltrada a distancias que pueden ser medidas en kilómetros y con retrasos en el tiempo que pueden ser de años y aún de decenas años. Este concepto permite la formulación de un mecanismo de deslizamiento alternativo que permite entender los deslizamientos profundos.
En el tema de la estabilización química de suelos expansivos han resultado dos desarrollos interesantes: la capacidad de intercambio catiónico ha sido utilizada para predecir el potencial de expansión y para definir la dosificación del tratamiento, y se han logrado disminuciones significativas del potencial de expansión por impregnación del suelo con productos amoniacales, tanto en el laboratorio como en el terreno. El desarrollo futuro de este programa, está orientado a proponer una interpretación de la manera cómo incide en el potencial de expansión la capacidad de intercambio catiónico, o las propiedades correlacionadas con él, con el objeto de optimizar el tratamiento químico de los suelos.
El programa de investigación sobre la resistividad hidráulica puede introducir elementos nuevos en el tratamiento analítico y experimental de los problemas de flujo de agua en el suelo y en particular la identificación de la condición de no flujo como combinación del espesor del elemento o estrato permeable, la carga hidráulica externa y la resistividad hidráulica (o alternativamente, la conductividad hidráulica). A partir del concepto de resistividad hidráulica ha desarrollado una novedosa manera de calcular la permeabilidad del terreno a partir de los datos de pruebas de bombeo en el pozo de extracción sin necesidad recurrir a los datos de pozos adicionales de observación.
Su actividad profesional como consultor en el campo de la hidrogeología le ha permitido establecer algunas generalizaciones interesantes sobre la hidrogeología de alta montaña con base en estudios regionales en los departamentos de Santander, Antioquia, Atlántico y Quindío, en los que ha utilizado con éxito isótopos estables para identificar los elementos espaciales de los sistemas hidrogeológicos.
Phone: 3007870149
En la actividad académica ha combinado la docencia y la investigación cuyos resultados ha dado lugar a numerosas publicaciones en memorias de congresos y en revistas científicas, incluídas algunas de Europa y de Norteamérica. Desarrolló un eficiente método de estabilización de taludes con barras hincadas y tensionadas que ha aplicado con éxito en su práctica profesional. Adicionalmente ha cultivado la historia y la filosofía de la ciencia con énfasis en la Revolución Científica; su tesis de maestría en filosofía versó sobre la formación del concepto de inercia y fue publicada en 2002 con el título Sobre Hombros de Gigantes.
En los últimos años sus intereses académicos han estado orientados en tres direcciones principales: la evaluación de la componente hidrogeológica regional en los procesos de erosión en masa, la estabilización química de los suelos expansivos y el desarrollo del concepto de resistividad hidráulica como complemento del concepto clásico de coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica.
La investigación de la componente hidrogeológica regional en los procesos de erosión en masa ha sido adelantada conjuntamente con el profesor B. Arnason, de la Universidad de Islandia, en cuyo laboratorio se han hecho las determinaciones isotópicas con base en las cuales se han desarrollado los modelos de infiltración y flujo del agua subterránea en condiciones de alta montaña. Los resultados más relevantes de este trabajo permiten asegurar que las variables más importantes en los procesos de infiltración del agua lluvia en el terreno son el relieve regional y la topografía local, al punto que la contribución de la infiltración en las vertientes de los valles andinos es apenas una fracción mínima de la que tiene lugar en los altiplanos, y así el agua que desencadena la mayor parte de los deslizamientos profundos ha sido infiltrada a distancias que pueden ser medidas en kilómetros y con retrasos en el tiempo que pueden ser de años y aún de decenas años. Este concepto permite la formulación de un mecanismo de deslizamiento alternativo que permite entender los deslizamientos profundos.
En el tema de la estabilización química de suelos expansivos han resultado dos desarrollos interesantes: la capacidad de intercambio catiónico ha sido utilizada para predecir el potencial de expansión y para definir la dosificación del tratamiento, y se han logrado disminuciones significativas del potencial de expansión por impregnación del suelo con productos amoniacales, tanto en el laboratorio como en el terreno. El desarrollo futuro de este programa, está orientado a proponer una interpretación de la manera cómo incide en el potencial de expansión la capacidad de intercambio catiónico, o las propiedades correlacionadas con él, con el objeto de optimizar el tratamiento químico de los suelos.
El programa de investigación sobre la resistividad hidráulica puede introducir elementos nuevos en el tratamiento analítico y experimental de los problemas de flujo de agua en el suelo y en particular la identificación de la condición de no flujo como combinación del espesor del elemento o estrato permeable, la carga hidráulica externa y la resistividad hidráulica (o alternativamente, la conductividad hidráulica). A partir del concepto de resistividad hidráulica ha desarrollado una novedosa manera de calcular la permeabilidad del terreno a partir de los datos de pruebas de bombeo en el pozo de extracción sin necesidad recurrir a los datos de pozos adicionales de observación.
Su actividad profesional como consultor en el campo de la hidrogeología le ha permitido establecer algunas generalizaciones interesantes sobre la hidrogeología de alta montaña con base en estudios regionales en los departamentos de Santander, Antioquia, Atlántico y Quindío, en los que ha utilizado con éxito isótopos estables para identificar los elementos espaciales de los sistemas hidrogeológicos.
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El sistema hidrogeológico de interés para el proyecto está limitado por los ríos Cauca y San Juan desde su confluencia, a 515 m de altitud, Río Cauca aguas arriba hasta el río Cartama y su afluente el Río Claro de Támesis hasta su cabecera en los cerros Las Tetas de Doña Quiteria, y Río San Juan aguas arriba hasta el Río Claro de Jardín y su afluente la Quebrada la Salada hasta su nacimiento en los cerros Las Tetas de Doña Quiteria a 3000 m de altitud.
La zona de recarga del sistema se encuentra en la Artesa de Jericó donde el relieve local tiene valores entre 100 y 200 m con pendientes moderadas cuya moda es menor que 20%. El acuífero de este sistema hidrogeológico es el macizo rocoso de la Formación Combia y las intrusiones pórfidicas que la atraviesan. Los depósitos de ladera pueden almacenar agua libre durante períodos limitados. El acuífero formado por el macizo rocoso de la Formación Combia puede ser caracterizado como un acuífero libre, así haya localidades y períodos en los que su funcionamiento sea el de un acuífero confinado cuyo sello es el regolito cohesivo.
La circulación del agua tiene lugar a lo largo de discontinuidades litológicas, particularmente diaclasas y conductos abiertos en las rocas volcánicas de la Formación Combia, y a lo largo de las zonas de falla. De ellas tienen importancia especial las fallas de Támesis que marcan el límite oriental del macizo rematado por la Artesa de Jericó. La conductividad hidráulica media del acuífero es del orden de 5*10-7m/s; la conductividad hidráulica primaria del material del regolito puede ser menor que 10-9m/s; la conductividad hidráulica secundaria de la masa del regolito puede ser del mismo orden de magnitud que la del macizo rocoso. En las zonas de falla la conductividad hidráulica es mayor que 10-4m/s.
Es de esperarse que los túneles crucen al menos una zona de falla donde se combinará un flujo elevado de agua subterránea y condiciones críticas de estabilidad durante la construcción.
La formación de un cráter gigantesco por efecto del colapso y subsidencia, interrumpirá el flujo natural del agua y afectará inicialmente los cauces de las quebradas La Fea, Yolombala, y Quebradona; en el largo plazo afectará las cabeceras de los cauces de las quebradas La Guamo, La Mica, La Virgen y Yarumala. La infiltración directa de la precipitación aportará cuatrocientos ochenta litros por segundo (480 l/s) a la caverna generada por el proyecto minero. El total del caudal drenado por los túneles del proyecto Quebradona tiene un límite inferior estimado de 600 l/s y un límite probable superior de 2060 l/s. El caudal drenado por los túneles, sumado al caudal drenado por la caverna, se encuentra entre 4.820 l/s y 5280 l/s.
La infiltración del agua en túneles ha sido considerada tradicionalmente una amenaza en el proceso de excavación más que una amenaza al medio ambiente y, en consecuencia, la evaluación hidrogeológica durante la etapa de diseño se limitaba a una estimación de los caudales que podían ser captados por el túnel durante la construcción y la localización probable de los tramos con caudales cuya magnitud indicara una amenaza para la construcción. El proyecto Conexión Vial Aburrá Oriente fue el primero en Colombia en incorporar un estudio hidrogeológico completo en la etapa de diseño de los túneles en el año 2000; desde entonces, y en el marco de la nueva normatividad ambiental los estudios hidrogeológicos hacen parte de los requerimientos de las autoridades ambientales para el licenciamiento ambiental.
En la conexión vial Aburrá Oriente fueron excavados dos túneles en el macizo rocoso que separa los valles de Aburrá y de San Nicolás. El primero, denominado Túnel Seminario, con una longitud aproximada de 800 m entre las cotas 1780 y 1820, y el segundo denominado Túnel Santa Elena con una longitud aproximada de 8200 m, entre las cotas 2020 y 2180. En este trayecto los túneles cruzarán rocas cristalinas del núcleo de la Cordillera Central, afectadas por algunas fallas locales, y pueden drenar un caudal aproximado de 220 l/s, de los cuales 75 l/s se infiltrarán por las zonas de falla y 145 l/s lo harán a través de las diaclasas del macizo rocoso.
La investigación para determinar los efectos de la construcción del túnel sobre el sistema hidrogeológico incluyó la revisión sistemática de la literatura geológica, hidrológica e hidrogeológica disponible sobre la región y de los estudios técnicos para el diseño del túnel, el reconocimiento geomorfológico del corredor del túnel y de su entorno el inventario de las fuentes superficiales de agua, la evaluación de caudales medios y mínimos de las corrientes principales en las cuencas cruzadas por el corredor del túnel, el registro de estructuras geológicas relevantes para la estimación de la permeabilidad del macizo rocoso, sondeos mecánicos y sondeos eléctricos verticales para evaluar la litología, estructura y ocurrencia de aguas subterráneas del macizo rocoso hasta el nivel del túnel, la caracterización geomorfológica del corredor del túnel, la identificación y discriminación de zonas de recarga y descarga y la evaluación del flujo local y regional mediante técnicas isotópicas, y la elaboración de los modelos conceptuales y numéricos de la circulación del agua en el macizo hacia el túnel.
En el corredor del túnel puede diferenciarse dos sistemas hidrogeológicos. Un sistema superficial caracterizado por un conjunto de celdas de flujo local, con un fuerte control topográfico y limitado por el basamento rocoso, y un sistema profundo regional que conecta los valles de Aburrá y San Nicolás. En el basamento rocoso se ha encontrado varios niveles de muy baja resistividad que han sido interpretados como indicadores de la ocurrencia de acuíferos salobres. El agua drenada por túnel procede en su mayor parte del sistema hidrogeológico regional y en menor medida de los sistemas locales.
La distribución vertical de los materiales en el corredor del túnel es tal que los acuíferos libres están limitados en su base por un basamento rocoso de muy baja permeabilidad que aísla el túnel del sistema hidrogeológico superficial en la mayor parte de su recorrido. Las conexiones hidráulicas entre los acuíferos libres y el túnel están limitadas a un pequeño número de fallas cortas con zonas de falla menores de 10 m salvo una de ellas que puede tener 30 m de espesor. Las zonas de falla cruzadas por el túnel, y en consecuencia la magnitud de las conexiones hidráulicas entre la superficie, tienen una longitud acumulada de 55 a 90 m. A través de tales zonas de falla drenarán también los acuíferos salobres confinados en el basamento.
La construcción del túnel ha tenido efectos menores en el nivel y en el caudal de las aguas superficiales y en los acuíferos libres. Su efecto sobre el nivel freático es tan bajo que no puede ser discriminado de las variaciones estacionales asociadas a fenómenos climáticos corrientes.
Términos claves: función de propiedad del suelo parcialmente saturado, mecánica del suelo parcialmente saturado, presión intersticial negativa, succión matricial, succión de entrada de aire, curva característica de succión en el suelo.
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