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INTRODUCCIÓN
Por lo general en cualquier terreno que no sea horizontal, existe una serie
de fuerzas que tienden a nivelarlo como la fuerzas de gravedad, filtración,
presión del agua en las diaclasas, entre otros, se oponen a ello la entereza
del terreno, raíces y otros elementos. Cuando el primer grupo de fuerzas
predomina sobre el segundo, el talud se hace inestable, la mayoría de
pendientes grandes que han sido formadas por la acción de corrientes de
aguas o desmontes de excavaciones sin control que se hacen para construir,
urbanizar entre otros. Mientras que la erosión en general, y sobre todo los
fenómenos de inestabilidad de taludes, tienden a suavizar dichas pendientes,
pero en ocasiones no es así.
Por otro lado, los daños anuales producidos por los deslizamientos en
Venezuela, pueden cifrarse en millones de bolívares, de repente no se
conoce estimación análoga, pero basta con leer los diarios, específicamente
en época de lluvias, para darse cuenta de los trastornos ocasionados por la
misma causa. En este sentido, con el objetivo de proyectar soluciones
destinadas a controlar las adversas consecuencias que provocan las fuertes
e imprevistas movimiento de tierra, es llevado a cabo este proyecto,
orientado al diseño de muros de contención de tierras, esta investigación
consta de tres capítulos, el cual está sistematizado de la siguiente manera:
Capitulo I: en este se desarrolla el planteamiento del problema, que se
enfoca en la de proponer la estabilización de talud, como los objetivo
general, así como objetivo específicos que ayudaran al desarrollo de la
investigación, de una manera sistematizada para organizar la información,
también se describe una justificación, el cual indica la necesidad de este
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estudio, y no es más que el diseño de un muro de contención que proteja la
quebrada y el margen del talud, así como la tranquilidad de las comunidades
que habitan en el sector.
En el Capitulo II: se engloba el marco teórico que sirve de base para
sustentar el estudio investigativo, iniciando con la reseña histórica de los
elementos de contención, luego los antecedentes en los cuales es apoyada
la investigación, seguido con las bases teóricas que conceptualizan los
elementos a utilizar como teorías de empuje, de Coulomb y Rankine, que
fueron pioneros en este tema, entre otros, así como; de talud, estabilidad,
fallas, cuencas hidrográficas, socavación, obras de contención,
posteriormente las bases legales como las de zonificación de retiros con
respecto a quebrada ó ríos y por último los términos básicos para que él
lector pueda comprender las palabras técnica de la ingeniería civil.
En el capitulo III: se plantea la metodología que comprende la modalidad
de proyecto factible, el cual se apoyará en la de campo y documental, con el
enfoque de tipo de investigación proyectiva ya que a corto o largo plazo
puede ser tomada por un ente y es de tipo descriptiva ya que se
representarán aspectos de la zona a estudiar, así mismo, las variables
dependientes e independientes, que son las que nos ayudará como guía
para el desarrollo de la investigación. Por otro lado las técnicas e
instrumentos, se utilizarán planillas de diagnostico para recolectar la
información obtenida en el campo, entre otros instrumentos, la población y
muestra que por ser finita solo será tomada el elemento en estudio además
las técnicas de análisis para la obtención de datos relevantes que luego
serán usados para las formulas matemáticas.
En el desarrollo del Capitulo IV, se plasma los resultados del proyecto, y
se incluye el análisis estructural y el diseño de obra de contención para
proteger el margen de la quebrada Aguas Calientes, ubicada en la
Urbanización La Pradera, para finalmente desarrollar las fases planificadas,
3
para luego concluir con la propuesta elaborada y cerrar con las
recomendaciones de la investigación
4
CAPÍTULO I
El Problema
Contextualización del Problema
Se dice que los desastres naturales son uno de los problemas inherentes
al desarrollo de las civilizaciones, en los fenómenos hidrometeorológico, ya
que los patrones de desarrollo ignoran la administración sostenible del agua
están exponiendo a las comunidad a mayores riesgo de inundaciones y
sequías. Mientras las sequias se colocan en primer lugar, en cuanto a
muertes humanas se refiere, las inundaciones son el peligro más frecuente y
pocos países logran evitarlas. En el mundo las inundaciones están
aumentando más rápidamente que ningún otro desastre, posiblemente
porque el acelerado desarrollo de las comunidades modificando los
ecosistemas locales, incrementando el riesgo de inundación. Y de esta
manera, acrecienta el peligro ya que cada vez hay más gente hacinada a lo
largo de las orillas de los ríos, el cual afecta la localización.
En Venezuela los centros urbanos han clasificado la población, por lo que
se ha venido ocupando e incrementando horizontalmente estos espacios, sin
consultar a los organismos públicos pertinentes, para sus estudios y posibles
perisología, generalmente estos asentamientos urbanos ocurren en zonas de
alta susceptibilidad geológica.
En el Estado Mérida han ocurrido una gran cantidad de inundaciones por
causa de fuertes lluvias acaecidas que han generado las crecidas de los
ríos, lagos, caños y quebradas, una de ellas fue la ocurrida en el Valle de
Mocotíes formado por las comunidades de Bailadores, La Playa, Zea, Tovar
5
y Santa Cruz de Mora en el estado Mérida, Venezuela; esta vaguada fue
ocasionada por los fuertes aguaceros que cayeron durante varias horas sin
cesar en la región, provocando la crecida del río Mocotíes arrastrando gran
cantidad de lodo, rocas, arboles; todo lo que se encontrara en su camino
deteriorando gran cantidad de viviendas, vehículos; distintas obras como las
vías de comunicación, instalaciones eléctricas, sistemas de acueductos,
aguas servidas, dejando como consecuencia una gran cantidad de pérdidas
humanas, damnificados, daños materiales millonarios, colocando en estado
de emergencia e incomunicada a toda la zona.
Las fuertes lluvias que azotaron a la entidad federal de Ejido durante los
tres últimos años, se debió a los factores naturales que condicionan su
relieve entre los que resaltan vertientes que poseen gran cantidad de
afluentes hídrico, han desencadenado una serie de eventos, motivado a las
crecidas torrenciales de cauces produciendo derrumbes de gran magnitud en
todos los sectores, en especial el sector Aguas Calientes lo que ocasionó la
pérdida de la masa de suelo y la inestabilidad de las viviendas, así como
también Centros Comerciales, Negocios, que hacen vida productiva en el
lugar, quedando en zozobra toda la comunidad y en peligro inminente de
caerse varias viviendas, y poniendo en riesgo constante sus vidas y
comercios.
La Urbanización La Pradera, en estudio, se ha visto afectada en relación
a lo anteriormente descrito, la masa de suelo ha venido cediendo, al extremo
que cuando llueve suceden derrumbes continuos que socava el talud,
produciendo los deslizamientos de tierra que afectan a treinta y dos familias
que habitan en la zona, de igual manera, la acción de las lluvias constantes,
han colaborado con el peligro inminente del colapso de casas que albergan a
estas familias, lo que pudiese generar damnificados, como se sabe, esto
profundiza la problemática social dentro de la ciudad de Ejido.
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Sin embargo, se puede predecir que de no solucionarse esta situación
varias familias tendrían que desalojar sus moradas, sin mencionar las
cuantiosas pérdidas económicas que son significativos cuando un talud
colapsa y lo más importante el riesgo, vulnerabilidad, seguridad y vida de los
afectados, así como también de los comerciantes que laboran cada día en el
sector. Y por lo tanto el desastre ambiental que dejaría, que asociadas a la
vulnerabilidad se transforman en potenciales riesgos naturales.
Por otro lado, para dar solución a la problemática ya descrita, requiere de
una sistematización a nivel de ingeniería civil, ya que se debe tomar en
cuenta los efectos de desestabilización que sobre un suelo o estructura,
puede causar la socavación de un talud, esto pone de manifiesto la
necesidad de considerar procedimientos y criterios que permitan establecer,
por lo menos un adecuado nivel de seguridad a los habitantes de la
urbanización La Pradera y sus adyacencias.
Sin embargo, la alternativa que se propone es la construcción de muro,
para garantizar la estabilidad y la estructura de las viviendas ubicadas a
pocos metros de la quebrada Aguas Calientes. Por otro lado, debería
considerarse el mejoramiento de la canalización de la quebrada para reducir
la socavación en toda el área ya afectada. El criterio para seleccionar el tipo
de obra de contención, depende de una serie de características como son
depresiones de la zona, estudio de suelo donde está ubicado la falla para
determinar el tipo de efecto que será de ayuda para los cálculos del muro, y
tomando en cuenta los perfiles tanto longitudinal como transversal, para
finalmente realizar el diseño y cálculo del muro tomando en cuenta el
impacto que produzca su construcción y el factor económico.
Es importante minimizar los aspectos adversos como los deslizamientos
producidos en periodos de lluvia, beneficiándose con este sistema los
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habitantes del sector Aguas Calientes específicamente la Urbanización La
Pradera y sus adyacencias.
Objetivos de la Investigación
Objetivo General:
Proponer la estabilización del talud en la Urbanización La Pradera
para proteger el margen de la quebrada Aguas Calientes.
Objetivos Específicos:
Diagnosticar la situación actual del sector en estudio.
Realizar el estudio geomorfológico correspondiente a la zona.
Seleccionar el tipo de muro de contención para mitigar la socavación,
asentamiento, daños e impacto ambiental.
Diseñar un muro de contención.
Justificación de la Investigación
La presente investigación plantea una solución eficiente, para corregir
daños que están afectando de manera directa a la comunidad La Pradera y
sus adyacencias, algunas razones útiles que aportará este estudio será:
Este proyecto tiene como propósito principal beneficiar a la población del
sector Aguas Calientes los cuales viven con la preocupación y la angustia en
periodo de lluvia del desborde de la quebrada Aguas Calientes.
El logro de los objetivos planteados producirá efectos altamente
significativos, desde el punto de vista social ya que mejorará la calidad de
vida y tranquilidad en aras de salvaguardar la integridad física de los
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habitantes, beneficiándose de manera directa la población y su entorno de
igual manera a los comerciantes que hacen vida en el sector.
Así como, también la medida de estabilidad y protección que se le bridará
ha la masa de suelo para mitigar y controlar adecuadamente futuros
deslizamientos, ya que el mismo puede produir un impacto ambiental tanto
por el aumento del caudal como por la contaminación que el mismo padece,
y de esta manera conllevar a minimizar daños naturales y humanos.
La importancia de esta investigación es dar un aporte a los ingenieros
dedicados al diseño de obras de contención, ya que este estudio permitirá
buscar soluciones adecuadas tomando criterios y normas para optimizar la
estabilidad, por otro lado, contribuirá muy significativamente ya que pudiera
ser tomada como referencia, sirviendo de apoyo para estudios posteriores.
También, será un aporte fundamental a la sociedad ya que con este
estudio se espera que los entes gubernamentales y no gubernamentales se
involucren en la materia como la Alcaldía, Bomberos, INPRADEM, Los
Consejos Comunales, entre otros. Dicho estudio se realizará en el Sector
Aguas Caliente, específicamente en la Urbanización La Pradera, Municipio
Campo Elías, Parroquia Matriz, Ejido Estado Mérida.
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CAPÍTULO II
Marco Referencial
Reseña Histórica
La idea de proporcionar un soporte lateral a masas de tierra mediante el
empleo de estructuras de contención, es bastante antigua. Las primeras
construcciones de las que se tiene conocimiento en la que se ha empleado
este concepto, corresponden a los monumentos megalíticos, estas
construcciones, que son las primeras manifestaciones arquitectónicas de la
historia, se emplearon principalmente en la costa atlántica de Europa y en el
Mediterráneo Occidental. (Esteban, 2009).
Éste autor así mismo considera, que en la antigüedad una de las primeras
civilizaciones en construir grandes monumentos y ciudades, que hoy en día
son motivo de mucha admiración por la majestuosidad de sus obras, fueron
construidas por los egipcios donde destaca la construcción de muros como
medio de contención de las terrazas que soportaban templo.
El desarrollo de las civilizaciones trajo consigo el crecimiento de las
ciudades, muchas de las cuales fueron fortificadas con muros de grandes
alturas con propósitos de defensa. Durante muchos siglos no se produjo
evolución alguna en cuanto a los materiales desarrollados para la
construcción de estructuras de contención de tierras, los cuales eran
diseñados principalmente de mampostería, tanto de piedra como de ladrillo,
además del empleo ocasional del adobe. En el siglo XVIII cuando aparecen
los primeros estudios más científicos y técnicos sobre el tema, con el
mariscal Vouban en el 1706 y su tratado de las defensas de las plazas
10
después con el científico Coulomb en 1773 que desarrollo su teoría sobre
empujes de tierra. (Esteban, 2009).
En este mismo sentido, Rico y Del Castillo (1988), denotan que no hay
una teoría de aplicación universal y su utilidad para un caso dado depende
siempre de condiciones de la estructura y del relleno que no son fáciles de
prever, tales como la deformabilidad de la estructura, vertical y
horizontalmente las condiciones de relleno, por ejemplo en lo relativo a
saturación o evolución de su resistencia al esfuerzo cortante con el tiempo,
así se han de manejar varias teorías de empuje y diversos tipos de
estructuras de retención.
Por otro lado, Reyes (2004), afirma las grandes catástrofes de origen
geotécnico se han estudiado siempre con atención en la comunidad
científico-técnica porque ponen de manifiesto los límites de las teorías,
modelos y prácticas de proyecto o constructivas. Es decir que ignorarlas o
examinarlas superficialmente es tanto como aceptar que puedan volver a
ocurrir si se dan circunstancias similares, lo que resulta intolerable.
Según, Diez (2009), asevera que durante la historia de Venezuela, como
el resto del mundo, se han registrado eventos geológicos que afectan a la
comunidad, tales eventos como lluvias, inundaciones, deslizamientos,
derrumbes, sismos, deslaves, etc. Por supuesto que no solo se han
presentado en ciudades y pueblos, también se han presentado en sitios que
no se encuentran habitados, pero al momento de realizar un estudio de
susceptibilidad, abarca toda la zona del estudio se encuentre habitada o no.
De los anteriores planteados se deduce, que los muros de contención
figura dentro de la historia de la construcción desde sus orígenes, primero
fueron mampostería posteriormente fueron de concreto ciclópeo y finalmente
de concreto reforzado. La técnica de terraplén reforzado basado en la
combinación de armadura relleno granular y un parámetro, han permitido
11
desde hace más de treinta años superar los límites de los muros de
contención y a su vez estabilizar taludes. (Ruíz 1989).
Y con esto también la aparición del hormigón a inicios del siglo XIX y su
empleo en estas estructuras a partir del siglo XX, y la inclusión del acero el
cual es capaz de soportar tensiones de tracción, ha permitido construir muros
con mayores prestaciones estructurales y geométricas, así como estéticas.
(Torrea 2003).
Antecedentes de la Investigación
Antes de efectuar un proceso de investigación es importante conocer
algunos trabajos de investigación realizados, que permiten generar una
visión más amplia del tema a tratar, así como que ofrezcan bases,
fundamentos y plataforma, como punto de partida para realizar el proceso de
indagación acorde con las nuevas necesidades de estabilizar y proteger
taludes dentro del enfoque de estructuras de contención, como lo es estos
estudio de investigación.
Martínez (2009), de la Universidad Austral de Chile, de la facultad de
Ciencia de la Ingeniería, en Valdivia-Chile, realizó la investigación en el
“Diseño de Muro de Contención Sector La Aguada Comuna de Corral, para
optar al título de Ingeniero Civil en Obras Civiles”, propuso la solución a la
problemática de estabilidad de taludes, presente en el sector de la Aguada
Comuna Corral, región de los Ríos.
El objetivo primordial era estabilizar los taludes, obteniendo datos para el
diseño, él trabajo se basó en valores tabulados de ángulos de fricción y
cohesión, ya que no se pudieron realizar los ensayos de mecánica de suelos
12
ideados en un primer momento, pues que no fue posible obtener las
muestras cilíndricas requeridas para el desarrollo del ensayo triaxial, debido
a que estas se desmoronaban por las condiciones y tipo de suelos
existentes, el cual permitía conocer directamente estos valores. Entonces
dichos datos fueron obtenidos basándose en los datos que si fue posible
conseguir, tales como tipo de suelo y densidades, buscándose y
seleccionándose siempre los valores más conservadores.
Por lo tanto, la opción a la cual llego como medidas mitigadoras de riesgo
de deslizamientos de tierra, fue el diseño de muros de contención en
voladizo. Sin embargo llego a la solución que métodos de menor costo como
los de corrección superficial o una corrección geométrica no son viables ya
que las condiciones topográficas no lo permitían, como tampoco las
condiciones de uso, ya que este es un sector completamente habitado donde
no se podría modificar en gran manera la geometría de los taludes, pues en
todas las zonas de riesgo existen casas o caminos aledaños. Por esto, se
optó por un método de reconocida eficiencia, como lo son este tipo de muros.
Para el cálculo elaboró un programa en MATHCAD que permitió una
iteración de valores más efectiva, siendo verificados según las disposiciones
del Manual de Obras Públicas de Chile.
Jara (2008), realizó la tesis doctoral en el “Estudio de la Aplicabilidad de
Materiales Compuestos al Diseño de Estructuras de Contención de Tierras y
su Interacción con El Terreno, para su empleo en Obras de Infraestructura
Viaria”, presentado en la Universidad Politécnica de Madrid E.T.S de
Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Éste enfoco la evaluación en el
uso de los materiales compuestos para el diseño y construcción de
estructuras de contención de tierras, para ser empleadas en obras de
infraestructura viaria. A partir de los objetivos definidos que permitirán
ampliar los conocimientos en el uso de los materiales compuestos, tanto en
13
estructuras de contención de tierras como en otras aplicaciones geotécnicas.
En este sentido, se seleccionó dos tipos de estructuras de contención que
fue analizado en la investigación Muros de gravedad tipo ménsula y Muros
de tierra mecánicamente estabilizada.
Éste seleccionó finalmente el muro de tierra mecánicamente estabilizada,
debido principalmente a que si bien actúa como una gran estructura de
gravedad, el comportamiento estructural dependería de la interacción que se
desarrolla entre el suelo y los flejes de refuerzo, mientras que las placas
cumplen una función de cobertura frontal para evitar la erosión del relleno
reforzado, el cual puede desencadenar por agentes externos. Este problema
no se presenta en los muros de tierra mecánicamente estabilizada, debido a
que las placas de la primera fila simplemente apoyan en la cimentación. En
Geotecnia son pocas las experiencias en el uso de estos nuevos materiales,
como es el caso mencionado de pilotes en ambientes agresivos.
Los resultados de los ensayos de rozamiento realizados muestran que,
los distintos factores estudiados influyen de forma importante en la
interacción entre materiales compuestos y suelos. De todos los factores
analizados la rugosidad de las placas es el que presenta la mayor influencia
en el ángulo de rozamiento de la interfaz δ ′, dándose una tendencia lineal
del aumento de δ ′ con la rugosidad normalizada n R, tanto para la arena de
miga como para la arena tosquiza. Tanto la arena de miga como la arena
tosquiza presentan un rozamiento adecuado con los materiales compuestos
empleados, pudiendo ambos materiales ser utilizados para el diseño de
muros de contención de tierras, en especial en muros de tierra
mecánicamente estabilizada.
En cuanto a la propuesta de prototipo presentada en el capítulo final se
puede destacar que, en base a los diseños planteados, el desarrollo de los
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materiales compuestos para su uso en muros de contención de tierras se ve
como una alternativa técnicamente viable, evaluó distintas posibilidades de
solución de muro tipo ménsula, muro de tierra mecánicamente estabilizada,
partiendo del análisis del comportamiento geotécnico de dichas estructuras y
de su interacción con el terreno, proponiendo así un prototipo que pudiera
ser utilizado en obras de infraestructuras viaria.
La metodología utilizada para esta investigación fue de investigación de
campo y descriptiva, apoyada en técnica de investigación documental, el
aporte de esta investigación es sustancial ya que el mismo propuso la
aplicabilidad de materiales para usarlas a mejoras de obras estabilizantes a
estructuras.
Dávila (2007), en su trabajo de investigación realizo para el Instituto
Universitario Politécnico Santiago Mariño del Estado Mérida, titulado
“Propuesta de un Muro para el mejoramiento en la Estabilidad de taludes de
la vía de acceso Aldea Paisa (Santa Cruz de Mora)”, donde se propuso un
muro para el mejoramiento en la estabilización de taludes en la vía de
acceso a la Aldea de Paiva de Santa Cruz de Mora del Municipio Pinto
Salinas del Estado Mérida.
El mismo tiene como objetivo principal presentar una propuesta de un
muro de contención ya que en el mes de febrero del año 2005 ocurrió un
evento extraordinario de lluvia, el cual originó una serie de problemas como
deslizamientos de taludes, presencia de hundimientos y asentamientos,
erosiones, afectando de manera directa y trayendo como consecuencia
inestabilidad en los taludes, debido al grado e saturación de agua en el
suelo, originado este por las fuertes precipitaciones caídas en el sitio en
cuestión. La metodología utilizada para esta investigación fue de
investigación de campo y descriptiva, apoyada en técnica de investigación
15
documental, el aporte de esta investigación es importante ya que el mismo
propuso una alternativa para mejorar la estabilidad del talud.
Por su parte Barbosa, Batista y Sánchez (2006) elaboraron una
investigación llamada “Evaluación de Riesgos por Inundaciones en los
Municipios de Carolina y Loiza, Puerto Rico”; presentado como investigación
para la Universidad de Puerto Rico, señala que las inundaciones en Puerto
Rico están asociadas a problemas tales como las modificaciones del terreno
producidas por prácticas inadecuadas, la tala de árboles, los incendios, la
urbanización ente otras intervenciones adversas para el medio ambiente. El
conocimiento, la representación espacial de los territorios propensos a
inundarse tienen una amplia aplicación, puesto que la información obtenida
podrá ser utilizada por las instituciones encargadas de la Protección Civil,
además de ayudar a un mejor el ordenamiento territorial. El objetivo
fundamental del presente trabajo es la evaluación espacio-temporal del
peligro y la vulnerabilidad, por lo tanto del riesgo, ante inundaciones costeras
en los Municipios de Loíza y Carolina. La diferenciación de los niveles de
peligro en estos municipios permite identificar áreas prioritarias de
intervención especial tanto en las actividades anterior y posterior a un
desastre, así como las áreas donde la inversión de capitales será más
segura. Sin embargo, estas áreas de peligro pueden o no coincidir con las
áreas de mayor riesgo, pues estas últimas están reguladas por las
condiciones socio-económicas de la población residente.
Murcia y Macías (2005), en su investigación titulada “Registro geológico
de inundaciones recurrentes e inundación del 4 de octubre de 2005 en la
ciudad de Tapachula, Chiapas, México”; presentado como requisito para
obtener el título de Ingeniero Geofísico en la Universidad Nacional Autónoma
de México, donde describe que el 4 de octubre de 2005, la ciudad de
Tapachula sufrió el peor desastre de su historia como consecuencia de
16
lluvias prolongadas e intensas asociadas al huracán Stan. En esta ocasión,
el nivel del agua del río Coatán, que drena el sector occidental de la ciudad,
aumentó paulatinamente hasta su desbordamiento.
Resalta que los efectos fueron devastadores, cuantificados unas 2.000
casas desaparecidas, cerca de 100.000 personas damnificadas, cuatro
puentes y la vía del ferrocarril destruidos. Los días anteriores al desastre,
desde el 1 hasta el 3 de octubre, la precipitación en la zona montañosa
cercana al Complejo Volcánico Tacaná fue de 143 mm, mientras que sólo el
día 4 fue de 60 mm más (242 mm), alcanzándose periodos de retorno de 20
años. En esta ocasión la inundación ocupó la llanura aluvial, las terrazas más
bajas, en algunos sectores, erosionó la base de otras terrazas más altas
produciendo su colapso. En la zona montañosa, la precipitación se mantuvo
hasta el día 6 alcanzando periodos de retorno de 100 años. El registro
estratigráfico evidenció al menos 10 depósitos emplazados durante los
últimos 680 años, de los cuales al menos siete han ocurrido en los últimos
105 años.
Adicionalmente, el registro geológico indica que, en el abanico aluvial
donde se encuentra establecida la ciudad de Tapachula, el río Coatán ha
mantenido el curso actual durante al menos 1,330 años. A lo largo del río
Coatán, en el sector occidental de Tapachula, existen aún sectores
urbanizados en las terrazas más bajas dentro del valle que fueron
parcialmente erosionadas en octubre de 2005. Posteriormente a la
inundación, medidas importantes fueron emprendidas con la creación de un
sistema de alerta temprana para monitorear un posible nuevo flujo por el río
Coatán y con la canalización antrópica para controlar futuros flujos
compuestos de agua y sedimento.
17
La metodología utilizada para esta investigación fue de investigación de
campo y descriptiva, apoyada en técnica de investigación documental, el
aporte de esta investigación no es directo pero importante ya que el estudio
que realizó de la geología de la zona, la topografía, entre otros, y llegar a
proponer una alternativa de mitigación y seguridad a los ciudadanos.
Contreras, L (2005), en la propuesta titulada, “ Manejo y Desarrollo de la
Microcuenca Quebrada Aguas Calientes con Énfasis en el Manejo de las
Aguas Termales” , para optar al titulo Ingeniero Forestal en la Facultad de
Ciencias Forestales y Ambientales, ULA, este propone un estudio de las
aguas termales de la zona, teniendo en cuenta que esta microcuenca es uno
de los principales afluente del río La Portuguesa que se encuentra ubicada
en el Municipio Campo Elías el cual es uno de los mas densamente
poblados, ya que en los últimos años esta ha sido objeto de una gran presión
sobre sus tierra con el fin de extraer sus productos naturales, y usarla con
fines urbanos sin control. Este propone una evaluación y futuro
aprovechamiento de dichas aguas, el tesista realizo un estudio basado en
una causa efecto, teniendo en cuenta los problemas que derivan de las
intervenciones a microcuenca para un futuro manejo. La metodología que
aplico la de revisión, recopilación y análisis de la información existente del
área y relacionada con el tópico que trato, análisis de tablas y gráficos de
información de la microcuenca, contó con mapas de vegetación del uso
actual, chequeo en campo los datos recolectados, entre otros.
Es importante destacar que la información y datos que presenta este
autor, son de mucha connotación para esta investigación ya es uno de los
que tiene más información sobre la microcuenca Aguas Calientes en cuanto
a geomorfología de la zona se refiere.
18
Bases Teóricas
A continuación se citarán algunos aspectos o definiciones relacionadas
con el tema de estudio, para poder obtener un enfoque y conocimiento de lo
que se investiga. No sin antes destacar algunas consideraciones que los
expertos en la materia expresan.
Suarez (2005), menciona que para el análisis de estabilidad de estas
estructuras, se requiere conocer tanto la naturaleza de la estructura del
muro, como la naturaleza del material que será soportado; al igual que la
manera en que el muro podría moverse o ceder después de la construcción.
Así como también, Crespo (2004), señala el método a utilizarse para la
determinación de las cargas ejercidas por el terreno sobre las estructuras de
contención, depende de la rigidez de las estructuras. “Por ejemplo, los
métodos de Rankine y Coulomb desarrollados entre los años 1700 a 1900,
se basan en la idealización de la estructura de contención, como una
estructura rígida y que se comporta como una unidad. Sin embargo, a pesar
de que esta suposición ignora el efecto real que existe en la interacción
suelo-estructura y el proceso de construcción del sistema, en la actualidad,
estructuras más complicadas han sido diseñadas aplicando modificaciones
empíricas a estos métodos”.
Del mismo modo, el autor anteriormente mencionado, hace enfatizar que,
dependiendo del ángulo de inclinación del terreno, el empuje activo y pasivo
calculado mediante distintos métodos puede ser bastante diferente. En
nuestros días existen más de cincuenta teorías disponibles, teniendo todas
ellas sus raíces en las teorías de Rankine y de Coulomb.
19
A continuación se desarrollan tanto teorías como métodos
correspondientes a ecuaciones, a partir de los cuales se realiza la
determinación de los esfuerzos laterales en condición de reposo, en
condición activa y pasiva.
Teoría de los Empuje
Empuje de Reposo: Cuando el muro o estribo está restringido en su
movimiento lateral y conforma un sólido completamente rígido, la presión
estática del suelo es de reposo y genera un empuje total E0, aplicado en el
tercio inferior de la altura. (Suarez, 2005).
K0 es el coeficiente de presión de reposo.
Para suelos normales o suelos granulares se utiliza con frecuencia para
determinar el coeficiente de empuje de reposo la expresión: Ko = 1 sen φ
Empuje Activo: Cuando la parte superior de un muro o estribo se mueve
Suficientemente como para que se pueda desarrollar un estado de equilibrio
plástico, la presión estática es activa y genera un empuje total Ea, aplicada
en el tercio inferior de la altura. En la figura 20 se muestra un muro de
contención con diagrama de presión activa.
Ka es el coeficiente de presión activa. (Suarez, 2005).
20
El coeficiente de presión activa se puede determinar con las teorías de
Coulomb o Ranking para suelos granulares; en ambas teorías se establecen
hipótesis que simplifican el problema y conducen a valores de empuje que
están dentro de los márgenes de seguridad aceptables. (Crespo 2004, pag.
193).
Empuje Pasivo: Cuando un muro o estribo empuja contra el terreno se
genera una reacción que se le da el nombre de empuje pasivo de la tierra
Ep, la tierra así comprimida en la dirección horizontal origina un aumento de
su resistencia hasta alcanzar su valor límite superior Ep, la resultante de esta
reacción del suelo se aplica en el extremo del tercio inferior de la altura, la
figura 21 muestra un muro con diagrama de presión pasiva. (Suarez, 2005).
Kp es el coeficiente de presión pasiva.
La presión pasiva en suelos granulares, se puede determinar con las
siguientes expresiones:
1. El coeficiente Kp adecuando la ecuación de Coulomb es:
Cuando se ignora los ángulos (δ, β, ψ) en la ecuación se obtiene el
coeficiente Kp según Rankine:
Según Suarez (2005), señala que una de las primeras contribuciones
corresponde a Gautier (1717), quién definió tres clases de rellenos en su
disertación sobre los espesores necesarios para los estribos de puentes. A
21
estas tres clases de relleno les asignó diferentes ángulos de talud natural,
que son presentados en la siguiente tabla:
Tabla 1: Clases de relleno y ángulos de talud natural definidos por Gautier.
Clase de Relleno Ángulo de talud natural
Arena limpia y seca 31°
Tierras ordinarias 45°
Arcilla compactada Variable > 45° Fuente: Suarez (2005).
Continuado con el mismo autor, menciona que Gautier determinó que un
muro de contención de tierras es necesario cuando se quiere disponer de un
talud mayor al correspondiente “talud natural” y consideró que el empuje de
tierras era debido a la cuña de tierras que se muestra en la figura 1.
Figura 1: Esquema del empuje de tierras al comienzo del siglo XVIII. Fuente: Suarez (2005).
Con el desarrollo de este concepto, se define un coeficiente de empuje,
considerando que el ángulo de talud natural de las tierras propuesta.
Esta formulación se obtiene considerando que el peso de la cuña que
soporta el muro y el empuje son iguales siempre que la línea correspondiente
22
al ángulo de talud natural no opusiese resistencia. A partir de esto, se puede
definir un coeficiente de empuje: K = 0,5
Así mismo, Suarez (2005), detalla que, J. R. Peronet en 1769 propone
nuevos ángulos de talud natural, considerando el efecto de la altura del
relleno y la valoración negativa que se le da a la presencia de arcillas. Para
arcillas húmedas, el ángulo de talud natural puede ser de 18° o menor, lo que
provocaría un aumento de la cuña deslizante actuando sobre el muro.
Teoría Coulomb
Ecuación de Coulomb: En el año 1773 el francés Coulomb publicó la
primera teoría racional para calcular empujes de tierra y mecanismos de falla
de masas de suelo, cuya validez se mantiene hasta hoy día, el trabajo se
tituló: “Ensayo sobre una aplicación de las reglas de máximos y mínimos a
algunos problemas de Estática, relativos a la Arquitectura”. (Suarez, 2005).
La teoría de Coulomb se fundamenta en una serie de hipótesis que se
enuncian a continuación:
1. El suelo es una masa homogénea e isotrópica y se encuentra
adecuadamente drenado como para no considerar presiones intersticiales en
él.
2. La superficie de falla es plana.
3. El suelo posee fricción, siendo φ el ángulo de fricción interna del suelo, la
fricción interna se distribuye uniformemente a lo largo del plano de falla.
4. La cuña de falla se comporta como un cuerpo rígido.
5. La falla es un problema de deformación plana (bidimensional), y se
considera una longitud unitaria de un muro infinitamente largo.
23
6. La cuña de falla se mueve a lo largo de la pared interna del muro,
produciendo fricción entre éste y el suelo, δ es el ángulo de fricción entre el
suelo y el muro.
7. La reacción Ea de la pared interna del muro sobre el terreno, formará un
ángulo δ con la normal al muro, que es el ángulo de rozamiento entre el muro
y el terreno, si la pared interna del muro es muy lisa (δ = 0°), el empuje activo
actúa perpendicular a ella.
8. La reacción de la masa de suelo sobre la cuña forma un ángulo φ con la
normal al plano de falla.
El coeficiente Ka según Coulomb es:
ψ= Angulo de la cara interna del muro con la horizontal.
β= Angulo del relleno con la horizontal.
δ= Angulo de fricción suelo-muro.
Siguiendo recomendaciones de Terzaghi, el valor de δ puede tomarse en la
práctica como:
Si la cara interna del muro es vertical (ψ = 90°), la ecuación se reduce a:
Si el relleno es horizontal (β= 0°), la ecuación se reduce a:
Si no hay fricción, que corresponde a muros con paredes muy lisas (δ = 0°),
la ecuación se reduce a:
24
En relación con este último, Suarez (2005), menciona la teoría de
Coulomb no permite conocer la distribución de presiones sobre el muro,
porque la cuña de tierra que empuja se considera un cuerpo rígido sujeto a
fuerzas concentradas, resultantes de esfuerzos actuantes en áreas, de cuya
distribución no hay especificación ninguna, por lo que no se puede decir
nada dentro de la teoría respecto al punto de aplicación del empuje activo.
Coulomb supuso que todo punto de la cara interior del muro representa el pie
de una superficie potencial de deslizamiento, pudiéndose calcular el empuje
sobre cualquier porción superior del muro ΔEa, para cualquier cantidad de
segmentos de altura de muro.
Este procedimiento repetido convenientemente, permite conocer la
distribución de presiones sobre el muro en toda su altura. Esta situación
conduce a una distribución de presiones hidrostática, con empuje a la altura
H/3 en muros con cara interior plana y con relleno limitado también por una
superficie plana. Para los casos en que no se cumplan las condiciones
anteriores el método resulta ser laborioso, para facilitarlo. Terzaghi propuso
un procedimiento aproximado, que consiste en trazar por el centro de
gravedad de la cuña crítica una paralela a la superficie de falla cuya
intersección con el respaldo del muro da el punto de aplicación deseado.
(Suarez, 2005).
En la teoría de Coulomb el Ea actúa formando un ángulo δ con la normal
al muro, por esta razón esta fuerza no es horizontal generalmente. El Ea será
horizontal solo cuando la pared del muro sea vertical (ψ= 90°) y el ángulo (δ=
0°). En tal sentido, las componentes horizontal y vertical del Ea se obtienen
adecuando la expresión según Coulomb de la siguiente manera:
25
Ea h y Ea v son es las componentes horizontal y vertical del Ea. Para valores
de: ψ = 90° y δ = 0°, resulta: ω=0°, Ea h = Ea y Ea v =0.
Teoría Rankine
Ecuación de Rankine: En el año 1857, el escocés W. J. Macquorn
Ranking realizó una serie de investigaciones y propuso una expresión mucho
más sencilla que la de Coulomb. Su teoría se basó en las siguientes
hipótesis. (Suarez, 2005):
1. El suelo es una masa homogénea e isotrópica.
2. No existe fricción entre el suelo y el muro.
3. La cara interna del muro es vertical (ψ = 90°).
4. La resultante del empuje de tierras está ubicada en el extremo del tercio
inferior de la altura.
5. El empuje de tierras es paralelo a la inclinación de la superficie del terreno,
es decir, forma un ángulo β con la horizontal.
El coeficiente Ka según Rankine es:
Si en la ecuación, la inclinación del terreno es nula (β = 0°), se obtiene
una ecuación similar a la de
Coulomb ecuación para el caso particular que (δ= β= 0° ; ψ= 90° ), ambas
teorías coinciden:
Según Suarez (2005), en la teoría de Rankine, se supuso que la cara
interna del muro es vertical (ψ= 90°), y que el empuje de tierras es paralelo a
la inclinación de la superficie del terreno, es decir, forma un ángulo βcon la
horizontal, es este sentido, esta fuerza no es siempre horizontal. Las
componentes horizontal y vertical del Ea se obtienen adecuando la
expresión.
26
Rankine de la siguiente manera:
Para valores de: β= 0°, resulta: Ea h = Ea y Ea v =0.
Teorías Basadas en Métodos de Equilibrio Límite
Según Fratelli (1993), una de las contribuciones más importantes para la
determinación del empuje activo de tierras fue la presentada por C. A.
Coulomb (1776), quién mediante el estudio del método de máximos y
mínimos explicó el comportamiento de rotura de los suelos a través de la
definición de la línea de rotura crítica que se crea en el trasdós de un muro,
cuando se alcanza la condición de equilibrio límite.
Figura 2: Esquema básico planteado por Coulomb para el empuje de tierras.
Fuente: Fratelli, (1993)
Métodos Gráficos
Culman desarrolló en 1875 los primeros métodos mediante el empleo de
gráficos para determinar el empuje activo de un suelo no cohesivo que actúa
sobre una estructura de contención. Este método se basa en la presión que
ejerce una cuña de suelo en el trasdós de un muro, localizada
arbitrariamente sobre una superficie plana de deslizamiento. El método de
27
Culman es principalmente usado si el muro tiene un trasdós quebrado o
inclinado, y si el relleno tiene una superficie irregular o lleva una sobrecarga.
También es posible considerar que el relleno esté parcialmente sumergido.
(Fratelli, 1993).
Figura 3: Método gráfico de Culman para determinar la presión activa de
suelos.
Fuente: Fratelli, (1993).
Métodos en Base a Ábacos
Según Fratelli (1993), Terzaghi y Peck (1948) formularon un método de
cálculo para pequeños muros que llamaron semiempírico. Este método
permite la estimación de la presión de tierras activa sobre muros de
contención, a partir de la definición del ángulo de inclinación del relleno del
trasdós y de la clasificación del suelo que es empleado como material de
relleno.
Por su parte la Crespo (2004) en su manual de diseño presenta
numerosos ábacos para la determinación de las presiones tanto activa como
pasiva, tomando en consideración la inclinación del relleno del trasdós, la
fricción del muro con trasdós inclinado, el efecto de la presencia de agua en
el terreno y la existencia de cargas en superficie. Un talud o ladera es una
28
masa de tierra que no es plana sino que posee pendiente o cambios de
altura significativos. En la literatura técnica se define como ladera cuando su
conformación actual tuvo como origen un proceso natural y talud cuando se
conformó artificialmente (Figura 4).
Las laderas que han permanecido estables por muchos años pueden
fallar en forma imprevista debido a cambios topográficos, sismicidad, flujos
de agua subterránea, cambios en la resistencia del suelo, meteorización o
factores de tipo antrópico o natural que modifiquen su estado natural de
estabilidad. Los taludes se pueden agrupar en tres categorías generales: Los
terraplenes, los cortes de laderas naturales y los muros de contención.
Además, se pueden presentar combinaciones de los diversos tipos de
taludes y laderas. (Chespo, 2004).
Figura 4: Nomenclatura de taludes y laderas. Fuente: Crespo (2004).
El autor anteriormente mencionado, denota que la inestabilidad de
taludes es entendido como la tendencia que tienen todos los taludes a
moverse y fallar, originándose un consiguiente movimiento de masa. Este
movimiento de masa, es por lo general, el resultado de la falla al corte que se
produce en una superficie interna del talud; pudiendo deberse también a la
disminución del esfuerzo efectivo existente entre partículas que ocasiona la
29
licuefacción del suelo. La resistencia a la falla en taludes radica
principalmente en la resistencia al cortante del suelo mismo y en la geometría
del talud.
Hoy en día, debido al incremento de obras de ingeniería relacionadas con
cortes y rellenos, la necesidad de entender métodos analíticos, y métodos de
estabilización que puedan resolver el problema de estabilidad de taludes ha
ido creciendo, es por esta razón que se hace fundamental el entendimiento
de la geología, hidrología, y de las propiedades del suelo, de tal modo que
estos conceptos básicos sean aplicados de manera correcta al problema de
estabilidad de taludes.
Así mismo, el autor, dice que antes de desarrollar las distintas maneras
en las que puede fallar un talud, es necesario conocer la nomenclatura que
es utilizada a lo largo del capítulo. A partir de la Figura 5 se tiene:
La pendiente del talud o razón de pendiente: describe la inclinación del
talud y está siempre expresada como Horizontal: Vertical.
La cara del talud: es la superficie del terreno situada entre la cresta y el
pie del talud.
La altura del talud H : es la distancia vertical existente entre la cresta y el
pie del talud.
La terraza: es un área estrecha ubicada a un cierto nivel del talud con el
objeto de facilitar la colocación de superficies de drenaje.
30
H
Pie
Terraza
Cara
Pendientedel talud
Cresta
1P
Figura 5: Nomenclatura usada para describir taludes. Fuente: Suarez (2005).
Tipos de Fallas.
Según Fratelli (1993), relata que existen una amplia variedad de tipos de
movimientos (fallas) observados en taludes. Para clasificar estos modos de
falla se han desarrollado varios métodos. El sistema de Varnes divide las
fallas de talud en cinco tipos: fallas, desprendimientos, deslizamientos,
esparcimientos y flujos. A continuación se desarrolla separadamente cada
uno de estos tipos de falla. En estos, el término “roca” se refiere a la falla de
la roca madre, el término “escombros” se refiere principalmente a suelos
grueso, y el término “suelo” para este apartado se refiere predominantemente
a suelo fino.
Fallas.- Son fallas de taludes consistentes de fragmentos de suelo o roca
que caen rápidamente, pudiendo ser transportadas por el aire a lo largo de
su caída. Este tipo de falla ocurre a menudo en taludes de roca empinados y
usualmente se produce cuando fragmentos de roca son afectados por la
erosión, por raíces de árboles, por la presión del agua presente en los poros
o finalmente pueden también producirse como resultado de los movimientos
de un terremoto, Figura 6 (a).
Desprendimiento.- Un desprendimiento es similar a una falla, excepto
que el movimiento empieza con una masa de roca o arcilla rígida cayendo
alrededor de una fisura o unión vertical o casi vertical. Este modo de falla
31
ocurre solo en taludes empinados, Figura 6 (b). Este tipo de falla es
esencialmente importante en esquistos y pizarras.
Deslizamientos.- En esta forma de movimiento la masa de suelo
permanece esencialmente intacto, es decir, se trata de uno o más bloques de
suelo que se deslizan a lo largo de una superficie bien definida y definitiva de
falla. Los deslizamientos pueden ser descritos por su geometría, y se
subdividen en dos tipos principales:
Deslizamientos traslacionales que involucran movimientos lineales
de bloques de rocas a lo largo de superficies planas de corte o
movimientos de estratos de suelo que se encuentran cercanos a la
superficie. Estos movimientos, son por lo general superficiales y
paralelos a la superficie, Figura 6 (c).
Deslizamientos rotacionales que ocurren característicamente en
rocas débiles homogéneas o en suelos cohesivos. El movimiento
se produce a lo largo de una superficie curva de corte de tal
manera que la masa deslizante origina un hundimiento cerca de la
cresta, mientras que se produce un abultamiento cerca del pie del
talud, Figura 6 (d).
Esparcimientos.- Son similares a deslizamientos traslacionales excepto
porque en este tipo de falla, los bloques se van separando y se mueven
simultáneamente hacia fuera, Figura 6 (e). Este modo de falla refleja el
movimiento producido en un estrato de suelo muy débil, y algunas veces
puede presentarse durante terremotos cuando una zona de suelo entra en
estado de licuefacción. Los esparcimientos ocurren en taludes de pendiente
moderada, y a menudo terminan en la orilla de los ríos. Estos pueden ser
muy destructivos, debido a que a menudo afectan a grandes áreas y
producen el movimiento de largas distancias.
32
D
CB
A
w
a
b
h
ED C
BA B
Flujo.- En este caso de movimiento la masa deslizante es alterada
internamente, moviéndose parcial o totalmente como un fluido. Los flujos
ocurren a menudo en suelos saturados débiles en los que la presión de
poros se ha incrementado lo suficiente como para producir una pérdida
general de la resistencia al cortante del suelo. No existe una superficie de
corte definida, Figura 6 (f)
(a) (b)
(c) (d)
Antes Después
(e) (f)
Figura 6: Tipos de movimientos de masa (a) Falla (b) Desprendimiento (c) Deslizamiento traslacional (d) Deslizamiento rotacional (e) Esparcimiento (f) Flujo. Fuente: Fratelli (1993)
Análisis de Estabilidad.
Cuando se realizan análisis de estabilidad de taludes, según Fratelli
(1993), pueden utilizarse métodos cualitativos o métodos cuantitativos. Estos
análisis requieren a menudo de la habilidad del ingeniero, necesitando
también la consideración de las condiciones presentes y las condiciones
33
futuras del talud. Para el análisis de fallas potenciales y derrumbamientos se
suelen utilizar métodos cualitativos y semi- cuantitativos, basándose éstos
principalmente en una evaluación geológica del lugar. Para
derrumbamientos, estos métodos podrían ser reemplazados por un método
de análisis límite cuantitativo. Sin embargo para el caso de flujos es
recomendable utilizar análisis semi- cuantitativos. (Fratelli, 1993)
Finalmente, los deslizamientos son favorablemente analizados por medio
de métodos cuantitativos que se basan en la evaluación de una superficie
potencial de falla a través de un factor de seguridad, este tipo de análisis es
ampliamente usado. Sin embargo, este autor, denota el énfasis realizado en
este método no significa que los deslizamientos son más importantes que
cualquier otro tipo de falla, ni tampoco significa que los análisis cualitativos
no son usados, sino por el contrario, debe tenerse en cuenta que una
adecuada evaluación de problemas de estabilidad requiere de la aplicación
de una amplia variedad de métodos y técnicas.
Haciendo uso de los métodos cuantitativos, la estabilidad de taludes
puede ser analizada usando uno o más de los siguientes métodos:
Método del análisis límite
Método de elementos finitos.
Método del equilibrio límite.
El método de análisis límite trabaja con modelos que consideran al suelo
como un material perfectamente plástico. Este método hace uso de las
características esfuerzo–deformación y de un criterio de falla para el suelo.
La solución de un análisis límite es una solución de borde inferior, es decir, la
solución obtenida es menor que la carga de colapso real.
34
El método de elementos finitos requiere la discretización del dominio del
suelo, y hace, de igual manera al anterior, uso de la característica esfuerzo-
deformación del suelo y de un criterio de falla utilizado, para identificar la
región de los suelos que han alcanzado un estado de esfuerzos de falla. El
método de elementos finitos no requiere de especulaciones a cerca de una
posible superficie de falla.
El método del equilibrio límite, debido a su simplicidad, es el más utilizado
para el análisis de estabilidad de taludes, este tipo de análisis requiere
información sobre los parámetros de resistencia del suelo y no así sobre la
relación esfuerzo-deformación; por otra parte, este método proporciona una
solución de borde superior, es decir, la solución encontrada es mayor que la
carga real de colapso. Según Fratelli (1993), durante el último siglo se han
desarrollado una serie de métodos basados en el método del equilibrio límite,
siendo las principales hipótesis de este método las siguientes:
Mecanismos de rotura con superficies de falla planas o curvas.
El cuerpo deslizante sobre la superficie de falla puede ser dividido en
un número finito de fragmentos, generalmente verticales.
La falla se produce cuando la resistencia al cortante a lo largo de la
superficie potencial de falla asumida iguala a la resistencia al cortante
del suelo; es decir cuando el factor de seguridad es igual a 1 1FS .
Se realizan suposiciones a cerca de las fuerzas interfragmentos con el
objetivo de volver al problema determinado.
El factor de seguridad se calcula a partir de las ecuaciones de
equilibrio de fuerzas y momentos. Este método supone que en el caso
de una falla, las fuerzas actuantes y resistentes son iguales a lo largo
de la superficie de falla 1FS .
35
d
fFS
Asume que el factor de seguridad calculado es constante en toda la
superficie de falla.
Además Suarez (2005), habla que en el método del equilibrio límite, el
análisis de estabilidad de taludes se basa fundamentalmente en la
determinación del factor de seguridad, que es de vital importancia en el
momento de realizar diseños racionales de taludes. Al elegir la manera de
determinar el factor de seguridad se debe tomar en cuenta la confiabilidad de
los resultados obtenidos. Por lo general, cuando la exploración del sitio es de
baja calidad, debe adoptarse un elevado factor de seguridad, considerando
por otra parte la experiencia que pudiera tener el ingeniero trabajando con
casos similares.
El factor de seguridad para el talud observado en la Figura 7 se define
como:
Donde:
f Resistencia al cortante promedio del suelo tan' c
d Resistencia al cortante promedio desarrollada a lo largo de la
superficie potencial de falla aed ddc tan'
a b
e
c d
Suelo despuésde la falla del talud
Figura 7: Falla de un talud. Fuente: Suarez (2005).
36
d
FS
tan
tan
d
cc
cFS
FSFS
c
cFS
c
tan
tan
'
'
Cuando se considera la diferenciación entre condiciones drenadas
(parámetros efectivos) y no drenadas (parámetros totales), aparecen factores
de seguridad respecto a la fricción y a la cohesión, respectivamente.
El factor de seguridad respecto a la fricción es:
El factor de seguridad respecto a la cohesión es:
De acuerdo a una de las hipótesis del método de equilibrio límite, la falla
se produce cuando 1FS , y esto ocurre sólo cuando FS es igual a cFS , y
ambos son iguales a 1.
Entonces, según el método de equilibrio límite, la falla ocurre cuando:
1 cFSFSFS
Al respecto, Suarez (2005), según otra de las hipótesis del método del
equilibrio límite, el factor de seguridad se calcula a partir de las ecuaciones
de equilibrio de fuerzas y momentos. Si se considera una superficie de falla
plana, Fig. 8, el factor de seguridad es determinado como la razón entre la
sumatoria de las fuerzas resistentes y la sumatoria de las fuerzas
movilizadoras. El factor de seguridad para este caso es:
Fuerzas
C
W
R
Figura 8: Definición del factor de seguridad según el método del equilibrio límite; Equilibrio de fuerzas.
Fuente: Suarez (2005)
37
resmobilizadoMomentos
sresistenteMomentosFS
Por otro lado si se considera una superficie de falla circular, Fig. 9, el
factor de seguridad es determinado como la razón entre la sumatoria de
momentos resistentes y la sumatoria de momentos mobilizadores, como se
indica a continuación:
x
W
c u
uc
uc
Radio = R
Plano de deslizamiento circular
Figura 9: Definición del factor de seguridad según el método del equilibrio límite; Equilibrio de momentos. Fuente: Suarez (2005)
Según Suarez (2005), para la determinación del factor de seguridad en el
análisis de estabilidad de taludes realizado en cortes o terraplenes, es
necesario considerar, tanto las condiciones inmediatas como las condiciones
a largo plazo; así también si la falla se produce en una superficie nueva de
deslizamiento o en una superficie de deslizamiento ya existente.
Para la elección de los parámetros de resistencia, a utilizarse en el diseño
de taludes, existen guías que ayudan a una elección adecuada de valores
que puedan conducir a la obtención de resultados confiables, sin dejar de
lado que existe la posibilidad de que uno se encuentre con problemas de
condiciones muy particulares, en los que el ingeniero debe aplicar su criterio
en el momento de la elección de estos valores. En tal sentido, estas guías se
basan principalmente en la consideración de que si la superficie de falla es
nueva o preexistente, y son presentadas a continuación:
38
Deslizamientos a lo largo de superficie preexistentes.- Este estado de
falla ocurre sólo cuando ya se han presentado grandes
desplazamientos. Los parámetros de resistencia residual deben ser
utilizados:
Condición no drenada: ruf c
Condición drenada: rf
'' tan
Deslizamiento a lo largo de una superficie nueva de falla.- En este
caso la superficie nueva de falla, se presenta debido a que la
resistencia pico o la resistencia última ha sido alcanzada. La elección
de los parámetros de resistencia se realiza en función a la historia de
preesfuerzo y a las condiciones de drenaje. De acuerdo a la historia
de preesfuerzo se tiene:
- Suelos normalmente consolidados y ligeramente sobreconsolidados,
entre los que se encuentran suelos de baja densidad y aquellos que
presentan más humedad que en su estado crítico. Los parámetros
de resistencia a utilizarse son:
Condición no drenada (resistencia pico): uf c
Condición drenada (resistencia crítica): cf
'' tan
- Suelos sobreconsolidados entre los que se encuentran suelos de
alta densidad y aquellos que presentan menos humedad que en su
estado crítico. En este tipo de suelos ocurren por lo general
deformaciones pequeñas y la resistencia pico es mayor a la
resistencia crítica. Se recomienda ser cuidadoso cuando las
deformaciones a producirse son desconocidas o difíciles de
predecir. Los parámetros de resistencia son:
39
Deformaciones pequeñas:
Condición no drenada (resistencia pico): uf c
Condición drenada (resistencia pico): ''' tan cf
Deformaciones desconocidas o difíciles de predecir:
Condición no drenada (resistencia crítica): uf c
Condición drenada (resistencia crítica): cf
'' tan
Arenas:
Más densas que en su estado crítico (resistencia pico):
'tan f
Menos densas que en su estado crítico (resistencia crítica):
cf
'tan
Taludes Infinitos.
El deslizamiento producido en un talud infinito es comúnmente descrito
por un movimiento traslacional que se lleva a cabo a lo largo de una
superficie plana, poco profunda y paralela a la superficie del talud.
Generalmente, una superficie de falla plana se presenta cuando por debajo
del talud existe un estrato de suelo duro. En este caso, se ignoran los efectos
de curvatura de la superficie de falla en la parte superior e inferior del talud.
De igual modo el autor, indica que para la determinación del factor de
40
A
B
r
rNR
L
a
d
FW
N
Tc
Tb
LF
d
fFS
'tan'' cf
seguridad en taludes infinitos se consideran dos posibles condiciones.
(Suarez, 2005)
Talud infinito sin flujo de agua.- Se considera la sección del talud
presentada en la Figura 10. Se espera que el talud observado falle a lo largo
de una superficie plana paralela a la superficie. Según el método de equilibrio
límite, el factor de seguridad para tal situación es:
La resistencia al cortante del suelo f , es:
Entonces 'c y ' son obtenidos de ensayos de laboratorio; mientras que
' está referido al valor de esfuerzos efectivos, es decir, u ' .
Para el caso de un talud sin flujo de agua, 0u , entonces ' .
Figura 10: Análisis de un talud infinito sin flujo de agua. Fuente: Suarez (2005)
De acuerdo a la Figura 10, la inestabilidad del elemento prismático de
longitud unitaria perpendicular al plano de la Figura es causada por el peso
del elemento:
Peso del elemento: LHW
41
tan
'tanFS
Al ser el peso una fuerza vertical, esta debe ser descompuesta en sus
componentes normales y cortantes al plano de deslizamiento. Luego, se
tiene:
Fuerza normal al plano de deslizamiento: cosWN
Fuerza cortante a lo largo del plano de deslizamiento: senWT
Entonces, el esfuerzo total normal es igual a la sumatoria de fuerzas
normales a la superficie de deslizamiento dividida por el área de la base del
talud 1cos
LA . Luego, se tiene:
1cos
cos
L
W
baseladeÁrea
N
1cos
sen
L
W
baseladeÁrea
T
Las reacciones a las fuerzas normales y cortantes debidas al peso, son
iguales y opuestas respectivamente, siendo éstas:
Reacción a la fuerza normal: NRNr cos
Reacción a la fuerza cortante: TRTr sen
Para un suelo granular 0c , y el factor de seguridad es:
Por tanto, en suelos granulares el FS es independiente de la altura del
talud y este es estable si . Sin embargo, si el suelo posee cohesión y
fricción, la profundidad a lo largo de la cual ocurre la falla, puede ser
determinada sustituyendo 1FS y crHH . Entonces, se tiene:
tantancos
12
c
H cr
42
d
fFS
LHW sat
Talud infinito con flujo de agua.- Se considera la sección del talud
presentada en la Figura 11, y se asume que existe flujo a través del suelo. La
posición del nivel freático coincide con la superficie. (Suarez, 2005).
Según el método de equilibrio límite, el factor de seguridad es:
Para estimar el valor del factor de seguridad del talud contra
deslizamiento a lo largo del plano AB , se considera nuevamente un
elemento prismático de longitud unitaria perpendicular al plano de la Figura
11. La inestabilidad de dicho elemento es causada por su propio peso, que
de manera análoga al caso anterior es:
De manera similar, las componentes normales y cortantes al plano de
deslizamiento son:
Fuerza normal a lo largo del plano de deslizamiento: cosWN
Fuerza cortante a lo largo del plano de deslizamiento: senWT
La resistencia al cortante del suelo f es: 'tan'' cf
Entonces 'c y ' son obtenidos de ensayos de laboratorio; mientras que
' está referido al valor de esfuerzos efectivos, es decir, u '
El valor de la presión de poros de agua whu capiezométrialtura . A
partir de la Figura 11 (b), la altura piezométrica h es:
2coscoscoscos HHefh
Finalmente la presión de poros de agua u es: 2cosHu w
(a)
43
d
a
b
c
H cosH
Líneaequipotencial
Línea de flujo
2
H cos
(b)
Figura 11. Análisis de un talud infinito con flujo de agua.
Fuente: Suarez (2005)
El valor del esfuerzo normal y el esfuerzo cortante en la base se
determinan de la misma manera que en el caso anterior, con la única
diferencia de que el peso específico utilizado en los cálculos es el peso
específico saturado. Luego, se tiene:
2
2
coscos
1cos
cosH
L
LH
L
W
baseladeÁrea
Nsat
sat
Entonces, el valor del esfuerzo efectivo en la ecuación es igual a:
22 coscos' HHu wsat
wsatH 2cos'
Las reacciones a las fuerzas normales y cortantes debidas al peso, son
iguales y opuestas respectivamente, siendo estas:
Reacción a la fuerza normal: NRNr cos
Reacción a la fuerza cortante: TsenRTr
Por otro lado, el esfuerzo cortante resistivo d que se desarrolla en la
base del talud es igual a:
44
1cos
sen
L
W
baseladeÁrea
Trd
Entonces, se tiene:
tan
'tan'
tancos
'2
satsatH
cFS
Donde:
wsat '
De la misma manera que para talud sin flujo de agua; para un suelo
granular 0c , y el factor de seguridad es:
tan
'tan'
sat
FS
Si el suelo posee cohesión y fricción, la profundidad a lo largo de la cual
ocurre la falla, puede ser determinada sustituyendo 1FS y crHH .
Entonces, se tiene: tancos'
sen
cH
sat
cr
Taludes Finitos.
Se considera a un talud como finito cuando la altura del talud tiende a la
altura crítica. Debe recordarse que el análisis de estabilidad para este tipo de
taludes se basa en el método del equilibrio límite plástico, por tanto, este
análisis considera que la falla ocurre cuando en el talud se origina un
deslizamiento en el que las deformaciones continúan incrementándose aún
cuando los esfuerzos permanezcan constantes. (Fratelli, 1993)
Segú el autor, para el análisis de estabilidad, es necesario definir: la
geometría de la superficie de deslizamiento, la masa del suelo que se mueve
a lo largo de esta superficie (considerado como cuerpo libre); sin dejar de
lado la comparación que debe realizarse entre la resistencia al cortante del
45
suelo y la resistencia al cortante desarrollada en la superficie de
deslizamiento. La Figura 12 muestra las distintas formas de superficies de
deslizamiento que existen. La forma más simple de estas, es la superficie
propuesta por Cullmann (1866), Figura 12(a), que considera un plano
infinitamente largo que pasa a través del pie del talud. (Fratelli, 1993)
(a)
W
(b)
Figura 12. Tipos de superficie de falla (a) Falla plana (b) Falla circular. Fuente: Fratelli (1993)
Superficie de Falla Plana.
En muchos casos, pueden desarrollarse grietas de tensión en la cresta
del talud. A su vez, en estas grietas puede evidenciarse la presencia de
agua, Figura 13. La estabilidad del talud para tal caso es determinada
considerando una superficie de falla plana. (Fratelli, 1993)
El factor de seguridad para una superficie de falla plana, es determinado
a partir del esquema observado en la Figura 13, haciendo uso del método del
equilibrio límite.
46
H
W
U
V zw
z
wz w
c'l
z w
A
B
f
p
Para este caso, además de las hipótesis expuestas, se considera:
Existe presión de agua y se producen grietas de tensión como se
observa en la Figura 13.
El talud tiene una longitud unitaria perpendicular al plano de la Figura
13.
No existe cizallamiento en los extremos del talud.
Las cargas no aplican momento neto.
A partir de la ecuación se tiene: 'tan'' cf
A partir de la Figura 13, la longitud del plano de falla es: peczHl cos
Las fuerzas a considerarse para el tipo de falla de la Figura 13 son:
pww eczHzU cos2
1
wwzV 2
2
1
fp
H
zHW cot1cot
2
12
2
Donde: U Fuerza debida a la presión del agua.
V Fuerza de empuje del agua en la grieta de tensión.
W Peso del bloque deslizante.
wz Altura de agua en la grieta de tensión.
z Profundidad de la grieta.
H Altura de la cara del talud.
f Inclinación del talud.
p Inclinación del plano de falla.
47
Figura 13. Superficie de falla. Fuente: Fratelli (1993)
La suma de las componentes de las fuerzas paralelas al plano de
deslizamiento AB tiende a producir el deslizamiento de la cuña:
Por sumatoria de fuerzas paralelas al plano, se tiene: pp VWF cossen
La fuerza máxima resistente que se desarrolla a lo largo del plano AB es:
tan' lclR
El esfuerzo efectivo ' es igual a: lull '
La fuerza efectiva que se produce en el plano de deslizamiento es igual a
l' . Luego, la fuerza total en el plano de deslizamiento es igual a:
pp VWl sencos
Y la fuerza originada por la presión de poros es igual a: Ulu
Luego, el factor de seguridad con respecto a la resistencia está dado por:
pp
pp
VW
UVWcl
F
RFS
cossen
tansencos
A partir de la ecuación, pueden ser derivadas las expresiones para
determinar el factor de seguridad de casos especiales, como se presenta a
continuación:
a) Talud seco de suelo granular. 0,0( VU y )0'c p
FS
tan
tan
El factor de seguridad es independiente de la altura del talud.
b) Corte vertical, seco sin grietas. 90y0,0,0 fzVU
48
Para este caso: pHl cosec , pHW cot
2
1 2 .
Entonces en la ecuación, se tiene: pp
p
H
HcFS
sencos
tancos'2 2
pp
cr
cH
sencos
cos'2
Para este caso, la altura crítica ocurre cuando
24
p .
c) En términos de esfuerzos totales. )0,'( ucc
pp
u
pp
pu
H
c
H
HcFS
seccosec
2
sencot2
1
cosec
2
El valor de la altura crítica es obtenido de manera similar al inciso (b), de
tal modo que:
ucr
cH
4 .
En términos de esfuerzos totales, la altura crítica ocurre cuando 4
p
Superficie de Falla Circular.
Para Fratelli (1993), aunque el análisis de equilibrio de cuerpo libre a
realizarse para el caso de falla plana es bastante simple, los resultados
obtenidos sólo son buenos para taludes casi verticales, ya que para los
demás casos se obtienen valores muy altos del factor de seguridad.
Sin embargo, Whitlow (1994), nombrado por Suarez (2005), afirma que
aunque la selección de una superficie más compleja como una espiral
49
logarítmica o una forma irregular produce resultados más cercanos al valor
real, el análisis requerido tiende a ser largo y tedioso. Por tal razón, los
análisis de estabilidad utilizados en la actualidad tienden a considerar a la
superficie de deslizamiento como una superficie cilíndrica que presenta la
forma de un arco circular en su sección transversal.
Cuando se considera una superficie de deslizamiento circular, el círculo
de falla puede tener distintas formas, recibiendo cada una las siguientes
denominaciones:
Círculo de pie.- Ocurre cuando al producirse la falla, el círculo de falla
pasa por el pie del talud. Se denomina falla de talud cuando la
superficie de deslizamiento interseca al talud en o arriba de su pie.
Círculo de talud.- Ocurre cuando al producirse la falla, el círculo de
falla pasa por encima de la punta del talud.
Círculo de medio punto.- Ocurre al producirse una falla de base. La
falla de base se caracteriza porque la superficie de deslizamiento pasa
a cierta distancia debajo del pie del talud.
Según Suarez (2005), el análisis de estabilidad cuando se considera una
superficie de deslizamiento circular, puede ser llevado a cabo a través de dos
métodos:
Método de masas que es un método muy útil cuando se considera que
el suelo que forma el talud es homogéneo. En este método, la masa
de suelo que se encuentra sobre la superficie deslizante es tomada
como una unidad.
Método de los fragmentos en el que la masa de suelo que se
encuentra sobre la superficie de deslizamiento es dividida en varios
fragmentos verticales. La principal ventaja de este método es que en
50
5
4
3
2
10 1 2 3
D
n
su aplicación pueden considerarse efectos tales como la
heterogeneidad de los suelos, la presión de poros del agua y tomar en
cuenta esfuerzos normales que se presentan en la superficie de falla.
Método del Círculo de Fricción para Suelos '' c con 0u . Este
método es muy usado en suelos homogéneos donde 0 , de tal manera
que la resistencia al cortante dependa de los esfuerzos normales. Este
método puede ser utilizado cuando se desea considerar en los cálculos tanto
las componentes cohesivas como las de fricción. El método intenta satisfacer
la condición de equilibrio completo, asumiendo la dirección de la resultante
de las fuerzas de fricción y normales, F , que actúa en la superficie de falla.
La superficie de falla se produce una vez que se haya movilizado la
fricción total; por tanto la línea de acción de la resultante F forma un ángulo
con la normal al arco de deslizamiento AC ; siendo esta línea de acción
tangente al círculo de fricción cuyo radio es igual a senr .
Figura 14:. Localización del círculo de medio punto Fuente: Suarez (2005)
51
O
n'
1
Figura 15: Localización del centro de los círculos críticos de punta para 53
Fuente: Suarez (2005)
Tabla 2: Localización del centro de los círculos críticos de punta para 53 (Das, 1997).
n' [°]
1,0 45 28 37
1,5 33,68 26 35
2,0 26,57 25 35
3,0 18,43 25 35
5,0 11,32 25 37
Fuente: Suarez (2005)
Esta suposición es equivalente a decir que la resultante de todas las
fuerzas normales que actúan en la superficie de deslizamiento se concentra
en un punto, hecho que garantiza la obtención del factor de seguridad más
bajo. (Suarez, 2005)
Las fuerzas a tomarse en cuenta son las siguientes, Figura 16:
52
c + tan' f
O
B C
W
C
H
F
A
r
a
r sen
d
r
dC
ddC
Cd
F
W
La fuerza debida al peso de la cuña de suelo )( ABCdeAreaW
dC que es la fuerza resultante de los esfuerzos cortantes cohesivos
que actúan en la superficie de deslizamiento AC . Esta fuerza actúa
paralela a la dirección de la cuerda AC . La distancia a de la fuerza
dC al centro del círculo O es determinada tomando momentos entre la
resultante dC y la fuerza de cohesión cortante distribuida dc ,
obteniéndose: r
AC
AC
C
rACarcoca
d
d
La fuerza F es la resultante de las fuerzas normal y de fricción que
actúan a lo largo de la superficie de deslizamiento.
(a)
(b)
Figura 16. Análisis de taludes en suelos homogéneos con 0 .
Fuente: Suarez (2005)
53
Para que se cumpla la condición de equilibrio, F debe pasar por el punto
de intersección de las fuerzas W y dC . Luego, las direcciones de W , dC y F
al igual que la magnitud de W son conocidas; pudiendo dibujarse el polígono
de fuerzas mostrado en la Figura 16 (b).
La magnitud de dC se encuentra a través del polígono de fuerzas,
mientras que el valor de la cohesión dc es determinado a través de la
siguiente expresión: AC
Cc d
d
Posteriormente se realizan varias pruebas, hasta obtenerse la superficie
crítica de deslizamiento, a lo largo de la cual el valor de dc es máximo.
Luego ,,,fHcd . Cuando el equilibrio límite es alcanzado,
crHH y ccd .Entonces, el número de estabilidad m se halla definido de
la siguiente manera:
,,,fH
cm
cr
Para la determinación de m , Taylor proporciona una serie de gráficas,
estando todas ellas en función de y . El procedimiento a seguirse es un
procedimiento iterativo.
Cartas de Cousins para suelos '' c con 0u . El método de Cousins
(1978) es una variación al método del círculo de fricción de Taylor que se usa
para analizar la estabilidad de taludes construidos en suelos homogéneos.
Este método toma en cuenta el efecto de la presión de poros de agua
ocasionada por el flujo. (Fratelli, 1993)
Las cartas de Cousins los parámetros utilizados en la elaboración de
estas cartas, se detallan a continuación:
Altura del talud H .
54
Función de profundidad D .
Peso unitario del suelo .
Parámetros efectivos de resistencia al corte del suelo '' c .
Coeficiente de presión de poros de agua ur . La manera de
determinación y las consideraciones a tomarse para la obtención de ur
serán desarrolladas en apartados posteriores.
'
'tan''
c
Hc
Factor de estabilidad, sN . 'c
FSHN s
El valor de ur a utilizarse debe ser el valor promedio que se presenta a lo
largo de toda la superficie de deslizamiento. Para la determinación del
mínimo factor de seguridad se recomienda realizar verificaciones tanto para
círculos de pie como para círculos con distintas funciones de profundidad.
Método de Bishop & Morgenstern.
El método desarrollado por Bishop & Morgenstern (1960) involucra el uso
de coeficientes de estabilidad de una manera similar al método de Taylor,
con la diferencia de que este método trabaja con esfuerzos efectivos. La
determinación del factor de seguridad depende de cinco variables que se
enuncian a continuación:
Ángulo de inclinación del talud .
Factor de profundidad D (definido de la misma manera que en el
método de Taylor).
55
Ángulo de resistencia al cortante ' .
Parámetro no dimensional H
c
Coeficiente de presión de poros ur .
El coeficiente de presión de poros en el n-ésimo fragmento nur es una
cantidad adimensional y se halla definido por la siguiente expresión:
n
nw
n
n
nuz
h
z
ur
La ecuación considera una condición de infiltración con flujo establecido,
por tanto, se adopta un valor promedio de nur . Este valor promedio debe ser
constante y se denomina ur .
El valor del factor seguridad puede ser determinado a partir de la
ecuación de la siguiente manera: urnmFS ''
Donde:
'' nym Coeficientes de estabilidad.
La Tabla 3 presenta valores de 'm y 'n para varias combinaciones de
H
c
, D , y ' .
Finalmente el factor de seguridad es determinado siguiendo los siguientes
pasos:
Obtener ' , y H
c
.
Obtener ur (valor promedio).
De la Tabla 3, obtener 'm y 'n para 50.125.1,1 yD
56
Con los valores de 'm y 'n ; determinar el factor de seguridad para
cada valor de D .
El factor de seguridad requerido FS , es el menor valor de los
obtenidos en el paso anterior.
Tabla 3(a).
m' n' m' n' m' n' m' n'
10 0.353 0.441 0.529 0.588 0.705 0.749 0.882 0.917
12.5 0.443 0.554 0.665 0.739 0.887 0.943 1.109 1.153
15 0.536 0.67 0.804 0.893 1.072 1.139 1.34 1.393
17.5 0.631 0.789 0.946 1.051 1.261 1.34 1.577 1.639
20 0.728 0.91 1.092 1.213 1.456 1.547 1.82 1.892
22.5 0.828 1.035 1.243 1.381 1.657 1.761 2.071 2.153
25 0.933 1.166 1.399 1.554 1.865 1.982 2.332 2.424
27.5 1.041 1.301 1.562 1.736 2.082 2.213 2.603 2.706
30 1.155 1.444 1.732 1.924 2.309 2.454 2.887 3.001
32.5 1.274 1.593 1.911 2.123 2.548 2.708 3.185 3.311
35 1.4 1.75 2.101 2.334 2.801 2.977 3.501 3.639
37.5 1.535 1.919 2.302 2.558 3.069 3.261 3.837 3.989
40 1.678 2.098 2.517 2.797 3.356 3.566 4.196 4.362
Coeficientes de estabilidad para taludes de tierra.
Talud 2:1 Talud 3:1 Talud 4:1 Talud 5:1
Fuente: Suarez (2005)
Tabla 3(b). Coeficientes de estabilidad m’
m' n' m' n' m' n' m' n'
10 0.678 0.534 0.906 0.683 1.130 0.846 1.365 1.031
12.5 0.790 0.655 1.066 0.849 1.337 1.061 1.620 1.282
15 0.901 0.776 1.224 1.014 1.544 1.273 1.868 1.534
17.5 1.012 0.898 1.380 1.179 1.751 1.485 2.121 1.789
20 1.124 1.022 1.542 1.347 1.962 1.698 2.380 2.050
22.5 1.239 1.150 1.705 1.518 2.177 1.916 2.646 2.317
25 1.356 1.282 1.875 1.696 2.400 2.141 2.921 2.596
27.5 1.478 1.421 2.050 1.882 2.631 2.375 3.207 2.886
30 1.606 1.567 2.235 2.078 2.873 2.622 3.508 3.191
32.5 1.739 1.721 2.431 2.285 3.127 2.883 3.823 3.511
35 1.880 1.885 2.635 2.505 3.396 3.160 4.156 3.849
37.5 2.030 2.060 2.855 2.741 3.681 3.458 4.510 4.209
40 2.190 2.247 3.090 2.993 3.984 3.778 4.885 4.592
Coeficientes de estabilidad para taludes de tierra.
Talud 2:1 Talud 3:1 Talud 4:1 Talud 5:1
Fuente: Suarez (2005)
57
Niveles y Presiones de Agua.
Cuando el análisis de estabilidad realizado en un talud considera
condiciones drenadas, es necesario efectuar un análisis de esfuerzos
efectivos en el que se incluya el efecto de la presión de poros debida al flujo
de agua al interior del talud. La presión de poros es usualmente estimada a
partir de uno de los siguientes métodos. (Fratelli, 1993):
Superficie freática.
Superficie piezométrica.
Coeficiente de presión de poros ur .
Superficie Freática.
Cuando se trabaja en dos dimensiones, esta superficie o línea, está
definida por el nivel freático libre y puede ser delineada en campo a través de
pozos de monitoreo. Luego, una vez que la superficie freática ha sido
definida, la presión de poros puede ser calculada considerando una
condición de flujo en estado estático. Este cálculo se halla basado en la
suposición de que todas las líneas equipotenciales son rectas y
perpendiculares al segmento de la superficie freática que se encuentra
pasando a través del fragmento. (Casteletti, 1991).
Superficie Piezométrica.
Así mismo, el autor mencionado arriba, describe que la superficie
piezométrica es definida para el análisis de una sola superficie de falla.
Generalmente, la determinación de esta superficie es realizada para analizar
taludes que ya han alcanzado la falla. Debe notarse claramente, que la
58
superficie piezométrica es distinta a la superficie freática, por tanto los
valores obtenidos de la presión de poros son diferentes en ambos casos. La
Figura 17 muestra una superficie piezométrica a partir de la cual puede ser
calculado el valor de la presión de poros. Para este cálculo, la carga de
presión de poros es igual a la distancia vertical entre la base del fragmento y
la superficie piezométrica wh .
hw
Fragmento
piezométricaSuperficie
Carga de presiónde poros de agua
w(h )
Figura 17: Cálculo de la carga de presión de poros para una superficie piezométrica específica. Fuente: Casteletti, (1991)
Coeficiente de presión de poros ur . La determinación del coeficiente de
presión de poros ur es un método simple que permite normalizar el valor de
la presión de poros. Este coeficiente es hallado mediante la siguiente
expresión:
uru
Donde:
u Presión de poros de agua
Esfuerzo vertical total determinado en la sub-superficie de suelo.
La mayor dificultad que se presenta en el cálculo de ur es la asignación
de los parámetros de resistencia a diferentes partes del talud, haciéndose
por lo general necesario el subdividir el talud en varias regiones. Para la
determinación de los coeficientes de estabilidad en el análisis de estabilidad
59
de taludes a través de cartas, se utiliza un valor promedio de ur . Este puede
ser obtenido con los procedimientos a seguir:
Dividir el suelo en franjas de igual ancho, como se observa en la
Figura 18.
Dividir cada franja verticalmente en tres fracciones iguales.
Graficar las líneas isóbaras de ur .
El valor promedio de ur es obtenido para la zona de fragmento
elegida. La elección es realizada de acuerdo al siguiente criterio, Fig.
18:
- Para modos de falla superficiales, usar los tercios superiores.
- Para fallas generales, usar los tercios medios.
Para modos de falla en cimientos: usar los tercios inferiores y
los fragmentos del pie y la cresta.
Se pueden obtener valores zonales de ur a través de la Figura 7.28.
Una vez obtenido el valor promedio de ur para la zona elegida de
cada fragmento, el valor total promedio de ur es igual a:
A
rAr
u
u
Donde:
A Área de la zona de fragmento elegida.
d
d
d
r = 0
0.1
0.2
0.3
0.4
Falla superficial
Falla general
Falla de fundación
u
Figura 18. Determinación del coeficiente de presión de poros. Fuente: Casteletti, (1991)
60
Topografía y Estabilidad
Según Crespo (2005), Los mapas topográficos representan una excelente
mente de información para la detección de deslizamientos y, algunas veces,
se puede identificar en ellos grandes áreas de deslizamiento. En los mapas
topográficos, la escala y el intervalo de las curvas de nivel facilitan la
identificación de los deslizamientos. Esta identificación se puede llevar a
cabo mediante:
1. Características topográficas evidentes, por ejemplo, pendientes
empinadas (curvas de nivel con poco espaciamiento) en el escarpe de un
deslizamiento, topografía con pequeñas elevaciones o montículos dentro de
la masa deslizante (curvas de nivel que siguen un patrón irregular y no
simétrico con depresiones poco profundas), presencia de masa separada y
características de flujo en la parte baja.
2. Curvas de nivel onduladas, vías locales dañadas con niveles desiguales y
otros lineamientos superficiales tales como líneas de transmisión o cercas.
3. Movimientos menores o irregularidades en zonas de pendientes
empinadas, acantilados, bancos, áreas de concentración de drenaje, etc. La
identificación de deslizamientos en mapas topográficos se verá ayudada por
la escala y el intervalo de las curvas de nivel en el mapa.
Efecto de la Resistencia del Suelo y la Pendiente del Talud
Según Crespo (2005), menciona que el suelo tiene dos comportamientos
básicos ante la aplicación del esfuerzo cortante. Uno, a través de la fricción
intergranular de las partículas que lo integran y la otra por medio de fuerzas
61
que unen a las partículas entre sí. La primera se llama también condición
drenada o a largo plazo y la segunda, condición no drenada o a corto plazo.
Así mismo este mismo autor, destaca que es importante destacar que el
valor de la resistencia no drenada del suelo, (Su), se puede determinar
mediante diferentes procedimientos, tales como el penetrómetro de bolsillo,
la veleta de campo, ensayos de compresión sin confinamiento y ensayos
triaxiales. Cada uno de estos ensayos impone una condición distinta de
esfuerzo en el suelo y, por lo tanto, la resistencia obtenida también debería
serlo. Este parámetro es afectado por el tamaño de la muestra, por lo que es
recomendable realizar los ensayos con la mayor cantidad de material
posible, sobre todo cuando se trata de arcillas preconsolidadas con
tendencia a desarrollar discontinuidades dentro de su estructura.
Los resultados permitirán que el ingeniero tomar decisiones con mejor
información acerca del riesgo de inestabilidad de taludes pero no
representan un análisis riguroso del riesgo, ya que no se incorporan factores
como las grietas de tensión y las superficies de falla preexistentes, las cuales
deben ser investigadas si se quiere un análisis más detallado.
Pluviosidad
Ramírez (1999), denota que la pluviosidad tiene un efecto primordial en la
estabilidad de los taludes ya que influencia la forma, incidencia y magnitud
de los deslizamientos. En suelos residuales, generalmente no saturados, el
efecto acumulativo puede llegar a saturar el terreno y activar un
deslizamiento. Con respecto a la pluviosidad hay tres aspectos importantes:
62
a) el ciclo climático en un período de años, por ejemplo, alta precipitación
anual versus baja precipitación anual;
b) la acumulación de pluviosidad en un año determinado en relación con la
acumulación normal;
c) intensidad de una tormenta específica.
Los resultados del estudio indican que la acumulación de precipitación
causa un incremento en la saturación del terreno que eleva el nivel freático,
por lo tanto, una tormenta durante la estación seca o al comienzo de la
estación húmeda tendría un efecto menor en la estabilidad del talud que una
tormenta de la misma intensidad el final de la estación húmeda.
La Cuenca Tributaria de un Talud
Para Ramírez (1999), describe que la cuenca tributaria corresponde al
área que proporciona agua a un talud, la cual determina la cantidad de agua
de escorrentía que en el momento de una lluvia puede afectar su estabilidad
y está directamente relacionada con la geometría del talud. El tamaño, la
forma, y la cobertura vegetal de la cuenca tributaria, afectan la cantidad de
agua de escorrentía y sus características de concentración. Las
características de la cuenca tributaria pueden depender la cantidad de agua
infiltrada y la posibilidad de erosión de la superficie del talud. En algunos
casos se ha logrado estabilizar taludes sujetos a erosión, con la construcción
de una zanja de coronación que controle el agua proveniente de la cuenca
tributaria. En el estudio de una cuenca tributaria se debe tener en cuenta
entre otros los siguientes factores:
63
1. Direcciones a lo largo de las cuales el agua se concentra formando
corrientes.
2. Carácter predominante de la vegetación que la cubre.
3. Extensión de la cuenca tributaria.
4. Cálculo aproximado de las cantidades de agua que la cuenca le aporta al
talud.
La extensión de una cuenca puede deducirse fácilmente de mapas o
aproximadamente de la inspección ocular del talud, su magnitud se expresa
normalmente en hectáreas. Para la caracterización de la cuenca tributaria de
un talud se recomienda elaborar un plano indicando la localización de las
corrientes de agua superficial.
Según Martínez (2005), define los objetivos del estudio a realizar
marcaran la elección del intervalo de tiempo y sus características, a utilizar
para calcular el volumen de agua precipitado sobre la cuenca. Generalmente
el cálculo se utiliza para la precipitación media de toda la serie considerada,
para la media de una secuencia seca representativa, para la media de una
sección húmeda representativa, para el año más seco del periodo y para el
año más húmedo del periodo.
A escala de cuenca se considera como año más seco del periodo al año
con menor precipitación en el mayor número de estaciones pluviométricas, y
como año más húmedo al de mayor precipitación en el mayor número de
estaciones. El volumen de agua precipitado en el intervalo de tiempo
seleccionado se calcula, en litros, multiplicando la precipitación en mm por el
área de la cuenca en m2. Como se suele tener una cifra muy elevada, se
suele expresar en hm3 (1 hm3 = 106 m3 = 109 L).
Los métodos clásicos para calcular el volumen de agua precipitado sobre
una cuenca son tres:
Media aritmética.
64
Polígonos de Thiessen.
Isoyetas.
El método de la media aritmética calcula la precipitación sobre la cuenca
como la medida aritmética de la precipitación de todas las estaciones para el
periodo de tiempo considerado, es un método rápido que proporciona
buenos resultados cuando existe una homogeneidad climática en la cuenca,
puesto que da el mismo peso a la precipitación de todas las estaciones.
Fuera de estos casos suele utilizarse para estimar en una primera
aproximación el orden de magnitud del volumen de agua originado por la
precipitación.
El método de polígonos de Thiessen es en esencia una media
ponderada. A cada estación pluviométrica se le signa un área de influencia
delimitada por un polígono que se obtiene de la siguiente manera:
a) Se realiza una triangulación de la cuenca uniendo cada estación
pluviométrica con las adyacentes a ella. Se trazan las mediatrices
(perpendiculares por el punto medio) de cada uno de los lados del
triangulo dibujado. Estas mediatrices definen una serie de polígonos y
cada uno de ellos encierra en su interior una estación pluviométrica.
Se supone que la precipitación medida en esa estación define la del
área del polígono asociado a ella.
b) Se multiplica la precipitación en cada estación por el área de su
polígono asociado, obteniéndose el volumen de agua precipitado en
cada polígono. La suma de todos estos volúmenes es el volumen total
precipitado en la cuenca. Si se quiere dar el equivalente en mm basta
dividir el volumen total precipitado por la superficie total en la cuenca
en las unidades correspondientes.
65
Profundización de los Cauces
La mayoría de las corrientes de montaña intermedias se encuentran en
equilibrio dinámico, la cual según Chow (1994) se presenta en ríos o
cañadas con un canal único por el cual fluye toda la descarga y ocurre
transporte de sedimentos. En el momento de una avenida se produce un
fenómeno de socavación general que equivale a la remoción momentánea
de sedimentos del fondo del cauce, los cuales son transportados río abajo, al
disminuir la descarga se produce la sedimentación de materiales que el río
trae de los sectores aguas arriba, con un resultado de equilibrio en el cual los
sedimentos transportados por socavación son restablecidos por el proceso
de sedimentación y la sección general del río no sufre cambios importantes,
aunque su sección transversal puede variar, permanece prácticamente igual
cuando se le mide en la misma época año tras año.
Erosión
Según Fratelli (1993), detalla que la erosión puede ser causada por
agentes naturales y humanos. Entre los agentes naturales se pueden incluir
el agua de escorrentía, aguas subterráneas, olas, corrientes y viento. La
erosión por agentes humanos incluye cualquier actividad que permite un
incremento de la velocidad del agua, especialmente en taludes sin
protección, como la tala de árboles u otro tipo de vegetación que ayuda a fijar
el suelo y mejorar la estabilidad del talud. Este puede causar la pérdida de
soporte de fundación de estructuras, pavimentos, rellenos y otras obras de
ingeniería. En terrenos montañosos, incrementa la incidencia de taludes
inestables y puede resultar en la perdida de vías u otras estructuras.
66
Este mismo autor, puntualiza que la sedimentación y arrastre de aluviones
son otros efectos importantes de la erosión que en los lagos o embalses
incrementan la turbidez de las aguas y crean un peligro para la vida acuática,
contaminan el agua potable y reducen la capacidad de almacenamiento de
los embalses y por tanto su vida útil. Para ello existen ciertos procedimientos
para controlar la erosión y sedimentación. En bancos de ríos y canales, la
protección se puede proveer con estructuras de retención, revestimiento de
concreto y cascajo. En taludes, la protección consiste en:
a) sembrar vegetación de rápido crecimiento además de instalar un sistema
de control del drenaje superficial;
b) instalar fajinas en la dirección transversal del talud, las cuales se pueden
sujetar con estacas;
c) sellar las grietas superficiales con concreto, suelo o asfalto para prevenir la
infiltración, lo cual reduce la erosión.
Los efectos erosivos relacionados con la explotación de materiales del
cauce en corrientes de alta montaña se pueden resumir en la siguiente
forma:
a. Aguas Abajo del sitio
Disminuye la sedimentación produciéndose una profundización de la
sección del cauce. Este proceso es debido a que la corriente posee menos
sedimentos para depositar. De acuerdo con Kumar y Soni (1989) al
disminuirse la oferta de sedimentos se produce una degradación del canal de
la corriente, modificándose algunos parámetros hidráulicos. La escasez de
los sedimentos de grava y arena para reemplazar los removidos por el
proceso normal de socavación del cauce produce cambios en la gradación
del lecho, predominando los tamaños grandes, lo cual produce una armadura
67
de protección (Armour) mediante la cual el cauce trata de autoprotegerse
contra la erosión. Sin embargo en las avenidas multianuales se puede
producir la socavación de esta armadura de sobretamaños, generándose una
profundización permanente de la corriente.
b. Aguas arriba del sitio
Al profundizarse el cauce por acción humana o por efectos de
desequilibrios geológicos o hidráulicos, la pendiente promedio longitudinal
del cauce se hace mayor, aumentándose las velocidades y el poder de
socavación. Igualmente se profundiza el cauce en el nivel de aguas mínimas.
Al mismo tiempo la excavación de materiales genera una grada o cambio
brusco de pendiente, y el río trata de alcanzar una nueva pendiente de
equilibrio, disminuyéndose con el tiempo la profundización del cauce en las
áreas cercanas a la explotación pero generando procesos de profundización
a distancias grandes aguas arriba. Este proceso puede durar varios años y
adicionalmente los procesos de erosión pueden modificar las características
de los sedimentos, lo cual puede producir factores adicionales de
desequilibrio.
Así mismo Fratelli (1993), especifica que la profundización del cauce
aumenta la altura de los taludes semiverticales de los bordes o riberas
generándose esfuerzos en las masas de suelo, los cuales pueden producir
deslizamientos. El material de las riberas es generalmente, más variable que
el del lecho y en muchos casos posee cohesión importante y por esta razón
es difícil de predecir su comportamiento al producirse la profundización del
cauce.
Erosión Lateral en un Cauce
La erosión de la ribera se puede producir de tres formas:
- Remoción de partículas por acción de la corriente.
- Fallas secuenciales de segmentos pequeños de material.
68
- Fallas de masas individuales grandes de suelo.
En el mismo orden de ideas, este autor, describe un mecanismo de falla
en el cual se generan esfuerzos de cortante a lo largo de unas superficies, de
acuerdo a las teorías de equilibrio límite de la mecánica de suelos y define
una profundización crítica que puede producir un deslizamiento. La erosión
de la ribera ocurre tanto en los tramos rectos como en los tramos curvos y
este efecto se extiende a las corrientes tributarias aguas arriba del sitio de la
explotación de materiales. El volumen total de material erosionado depende
de la longitud de la corriente, su forma, pendiente y características
geotécnicas del lecho y de los taludes de las riberas. En las corrientes que
tienen grandes longitudes, la profundización del cauce puede producir
decenas de millones de metros cúbicos de erosión en las riberas.
Licuefacción debido a Acciones Sísmicas
La mayoría de las fallas de los taludes durante sismos se debe según
Fratelli (1993), al fenómeno de licuefacción en suelos no-cohesivos, sin
embargo, también se han observado fallas en suelos cohesivos durante
algunos eventos sísmicos de gran magnitud. La licuefacción es un fenómeno
que consiste en una caída brusca de resistencia al corte de un suelo granular
en condiciones no drenadas, la cual puede ser activada por la repetida
aplicación de pequeños incrementos o decrementos de esfuerzos de corte
inducidos por vibraciones del terreno asociadas con terremotos o
explosiones. La pérdida de resistencia es de tal magnitud que
momentáneamente el suelo alcanza la consistencia de un fluido pesado y se
originan grandes deformaciones.
69
Los fenómenos de licuefacción se han observado según expresado por
Vide (2006), generalmente en depósitos aluviales recientes compuestos por
granulares, como los que se encuentran típicamente en los deltas o zonas de
inundación de ríos y lagos. Los parámetros más relevantes en la evaluación
del potencial de licuefacción son:
1. la granulometría (tamaño, gradación y forma de granos);
2. La densidad relativa del depósito.
Estas características son determinadas por el método de deposición, la
edad geológica y la historia de esfuerzos del depósito.
Las arenas finas limpias y las arenas limosas no-plásticas que contienen
menos de 10% de finos son las más susceptibles a la licuefacción porque
tienen la tendencia a depositarse de manera suelta y presentan una
permeabilidad baja para impedir el drenaje durante las vibraciones del
terreno.
En general, los materiales con un coeficiente de uniformidad Cu (definido
como el tamaño de 60% de los granos más finos del depósito) entre 2 y 5 y
un tamaño promedio dado por el D50 que varía entre 0,02 mm y 2,0 mm son
los más propensos a la licuefacción, que se muestran en la figura 19.
70
Figura 19: Granulometrías límites de los suelos potencialmente licuables Fuente: Vide (2006).
Caracterización del Talud Mediante Ensayos
En aquellos lugares identificados como más propensos a la inestabilidad,
según lo descrito anteriormente, deberá obtenerse información adicional para
caracterizar mejor el subsuelo y conocer los parámetros que sirvan de base
para el análisis y solución del problema. (Fratelli, 1993)
La obtención de información consta de tres fases.
En la primera fase se debe recopilar la información disponible acerca del
sitio de estudio, desde relatos de eventos pasados por parte de los
lugareños, hasta estudios geológicos y geotécnicos previos, incluidos los
planos topográficos, pluviosidad y sismicidad de la zona.
La segunda fase es el trabajo de campo en el cual se ejecutan ensayos
en el sitio y se obtienen muestras de suelo.
La tercera fase consiste en el trabajo de laboratorio para determinar las
propiedades y características del material mediante ensayos de
caracterización y resistencia.
71
Perforaciones
Zegarra (2007), expresa que los objetivos principales de las perforaciones
son definir la litología del área de estudio y tomar muestras para su posterior
análisis en el laboratorio. Así mismo, el número y ubicación de las
perforaciones a realizar en un estudio dependen del tamaño y forma del área
considerada. Los criterios para determinar estas dos características básicas
varían considerablemente, sobre todo en áreas planas. En el caso de taludes
es recomendable hacer un mínimo de tres perforaciones; este número se
puede incrementar dependiendo del tamaño del talud. Se puede hacer una
perforación en la cresta con una profundidad aproximada de 1,5 veces la
altura del talud, otra hacia la mitad del talud con una profundidad comparable
con la altura de ese talud y una última al pie del mismo con una profundidad
aproximada de 1/3 de la altura mencionada (figura 20).
Figura 20: Ubicación de las perforaciones
Fuente: Zegarra (2007)
Calicatas
Casteletti (1991) expresa que mediante las calicatas, método de
exploración más superficial que el anterior, es posible tomar muestras más
72
voluminosas de material para tener una vista “interna” del suelo y detectar
posibles planos de falla (sobre todo en materiales arcillosos). Estas calicatas
generalmente se excavan a mano y miden 1,5 x 1,5 x 2,0 metros de
profundidad, aunque también puede utilizarse procedimientos mecánicos.
Ensayos de Campo
En el campo se busca obtener la mayor cantidad de información posible.
Para lograr este objetivo es necesario realizar los ensayos que mejor se
relacionen con el suelo en cuestión, ya que a partir de ellos y mediante
correlaciones desarrolladas a lo largo del tiempo se pueden inferir ciertas
propiedades de los materiales en estudio. Algunos de los ensayos para la
caracterización de suelos son:
- Prueba de penetración estándar - SPT (ASTM-1586): La información que
provee este ensayo permite determinar la densidad relativa de los suelos
granulares y la consistencia de los suelos cohesivos.
- Prueba de penetración de cono - CPT (ASTM D-3441): Este ensayo permite
medir la resistencia a la penetración en el subsuelo, tanto de la parte inferior
del cono como en las paredes de una extensión cilíndrica al mismo.
Ensayos de Laboratorio
Para Casteletti (1991), en el laboratorio se busca identificar el tipo de
material con el que se está tratando y establecer los parámetros del suelo
(resistencia) requeridos para los análisis posteriores.
73
a) Ensayos de Clasificación
Lo primero que se debe realizar en el laboratorio es identificar
visualmente las muestras de suelo de las perforaciones y calicatas para
prever el tipo y número de ensayos posteriores. A continuación se identifican
los ensayos más frecuentes para clasificar suelos:
- Granulometría por tamizado: para determinar la proporción del tamaño de
las partículas que componen dicha muestra.
- Hidrómetro: tiene el objetivo determinar la distribución del agua dentro de la
muestra.
- Límites de Atterberg: se definen arbitrariamente y determinan el contenido
de humedad del suelo en diferentes estados.
- Peso unitario: para medir el peso del suelo en un determinado volumen.
- Gravedad específica: para medir la densidad de las partículas que
componen el suelo.
b) Ensayo de Resistencia
Los ensayos de resistencia tienen por finalidad estimar la resistencia del
suelo. Para estimar la resistencia no drenada del suelo se utilizan ensayos
como el penetrómetro y la veleta de bolsillo (también pueden ser realizados
en campo) y los ensayos no drenados con y sin confinamiento en la cámara
triaxial (más costosos). En el caso de la resistencia drenada del suelo
también se puede utilizar la cámara triaxial con velocidades más bajas de
aplicación de las cargas y el ensayo de corte directo. Este último
generalmente se reserva para los materiales granulares. (Casteletti, 1991)
74
Muestreo
En tal sentido, este autor, puntualiza que el muestreo en las perforaciones
depende del material que se consiga y del grado de precisión de los datos
geotécnicos. Los tres métodos de muestreo más usados en la investigación
geotécnica son los siguientes:
· Muestreadores de penetración percusiva: tales como la cuchara partida
utilizada en el ensayo de SPT. Con estos muestradores se pueden tomar
muestras de la gran mayoría de los suelos.
· Muestreadores de penetración por presión aplicada: tales como el
muestreador de pistón y el tubo Shelby (perturbación reducida), usados para
recuperar materiales cohesivos de baja consistencia a medianamente alta.
· Muestreadores de penetración rotacional: tales como el tubo doble
Dennison (diseñado especialmente para arcillas duras) y los que usan brocas
de alta resistencia para perforar roca y suelos con cierto grado de litificación.
Instrumentación
Este autor señala que en el estudio de taludes, la inestabilidad puede
detectarse mediante instrumentos que se colocan en el subsuelo. Estos
instrumentos, con el tiempo, revelarán ciertas características del talud que
complementarán la información de los ensayos de campo y de laboratorio.
Estos instrumentos son:
· Inclinómetros: establecen la posición de la superficie de falla de un
deslizamiento.
75
· Piezómetros: miden la presión de agua intersticial que hay en un
determinado nivel del subsuelo. El piezómetro de boca abierta es el más
sencillo de todos y es el que se usa de preferencia en suelos granulares de
alta permeabilidad. Existen piezómetros más complicados como los de hilo
vibratorio y los neumáticos, recomendables para suelos cohesivos de baja
permeabilidad.
La estabilidad de un talud natural de corte o relleno comúnmente se
evalúa mediante métodos de estabilidad basados en el equilibrio límite del
suelo. Estos métodos toman en cuenta los factores principales que influyen
en la resistencia del suelo o masa rocosa. La cuantificación de la estabilidad
de un talud se basa en el concepto de factor de seguridad; más adelante se
hace una breve descripción del concepto del factor de seguridad, la
determinación o estimación de los parámetros de resistencia y los métodos
de análisis.
Factor de Seguridad
Para ilustrar el concepto del factor de seguridad Fratelli (1993), uso la
analogía de un bloque deslizante en un plano inclinado, tal como lo muestra
la figura 21. Se tiene un plano inclinado que forma un ángulo b con la
horizontal; sobre ese plano inclinado se encuentra un bloque rígido de masa
M.
Figura 21: Bloque en plano inclinado y diagrama de fuerzas Fuente: Fratelli (1993)
76
Las fuerzas que actúan sobre el bloque rígido, como se muestra en la
figura 21, son: el peso del bloque (W), la normal (N) y la fuerza de roce (Fr)
entre la base del bloque y el plano inclinado. Las fuerzas que actúan en la
dirección del plano inclinado (X’) son la fuerza de roce (Fr) y el componente
del peso en esa dirección (W senb). Las fuerzas que actúan en la dirección
perpendicular al plano inclinado (Y’) son el componente de peso en esa
dirección (W cosb) y la normal (N). No habrá deslizamiento del bloque a lo
largo del plano inclinado mientras la fuerza de roce entre el bloque y el plano
sea mayor o igual que la componente del peso en esa dirección.
El factor de seguridad (FS) contra el deslizamiento del bloque viene a ser
el cociente entre la fuerza de roce (Fr) y la componente del peso en la
dirección del plano inclinado o se puede calcular por la ecuación: La
fuerza resistente viene a ser la resistencia al corte del suelo y las fuerzas
desestabilizadoras vienen a ser las fuerzas gravitacionales o sísmicas. Por lo
tanto, para un talud, el factor de seguridad se define como el cociente entre
la resistencia al corte del suelo o roca a lo largo de una superficie de falla y
los esfuerzos de corte que tienden a producir deslizamiento a lo largo de esa
superficie de falla.
Determinación de la Resistencia del Suelo
Los principales parámetros que definen la resistencia del suelo, según
Casteletti (1991), son el ángulo de fricción interna en el caso de suelos
granulares y la resistencia al corte no drenada en el caso de suelos
cohesivos. El ángulo de fricción interna f puede estimarse en el laboratorio
con el ensayo de corte directo y ensayo triaxial consolidado drenado.
También existen correlaciones entre el ángulo de fricción interna f y ensayos
77
in-situ como la prueba de penetración estándar (SPT) o la prueba de
penetración de cono (CPT).
La resistencia al corte no drenada (Su) puede estimarse con ensayos de
laboratorio tales como el ensayo triaxial consolidado no drenado (CIU), el
ensayo sin consolidar sin drenar (UU), el ensayo de compresión sin confinar
(qu) y el ensayo de corte directo simple (DSS). Para los ensayos in-situ se
puede usar la prueba de veleta de campo (FV), la prueba de penetración de
cono (CPT) y el penetrómetro de bolsillo.
Las arcillas duras y altamente sobreconsolidadas fallan bajo una
condición drenada porque el exceso de presión de los poros es negativo y
por lo tanto a medida que este se disipa, las arcillas sobreconsolidadas se
debilitan. Las arcillas blandas y limos fallan en condiciones no drenadas
porque el exceso de presión de los poros es positivo y por lo tanto la
condición crítica es a corto plazo pues a medida que las arcillas disipan el
exceso de presión de los poros, las mismas se consolidan y ganan
resistencia.
La mayoría de los suelos granulares disipan el exceso de presión de los
poros rápidamente debido a su alta permeabilidad y por lo tanto fallan en
condiciones drenadas excepto cuando son sometidos a carga dinámica
(sismo) cuando una falla no drenada es posible.
Resistencia al Corte en Limos y Arcillas Blandas
Este mismo autor, expresa que como se dijo anteriormente, las arcillas
blandas fallan en condiciones no drenadas. La resistencia al corte no-
78
drenado en limos y arcillas blandas se puede medir directamente en el
campo con el ensayo de veleta o en el laboratorio con un ensayo de
compresión simple sin confinar. Skempton propuso la siguiente correlación
para estimar la resistencia al corte no drenado.
Su/s’p = 0,11+0,0037 Ip
donde:
Ip = es el índice de plasticidad
s’p = es la presión de consolidación.
Para Casteletti (1991), esta Tabla 4 sirve de guía para estimar la resistencia
al corte no drenado en arcillas y el ángulo de fricción en suelos granulares.
(Terzagi and Peck 1967).
Tabla 4. Relación de la resistencia al corte no drenado y el ángulo de fricción.
Arenas Limos o arcillas
Nspt f Densidad relativa Nspt Su (kg/cm2)
Consistencia
<2 0 - 0,12 muy blanda
0 - 4 <30 muy suelta 2 - 4 0,12 - 0,25 blanda
4 - 10 30 - 32 Suelta 4 - 8 0,25 - 0,5 media
10 - 30 32 - 35 Media 8 - 15 0,5 - 1 firme
30 - 50 35 - 38 Densa 15 - 30 1 - 2 muy firme
>50 >38 muy densa >30 >2 dura
Fuente: Casteletti (1991).
79
Diseño de Muros de Contención.
Las estructuras de retención, más específicamente los muros de
contención, para Fratellli (1993), tienen como principal función la de
proporcionar soporte lateral permanente al terreno, que dependiendo el
propósito de la construcción puede tratarse de terreno natural o de rellenos
artificiales. El diseño de muros de contención basado en la verificación de la
estabilidad externa del muro.
Tipos de Muros de Contención.
Entre los tipos más generales de muros de contención se destacan los
siguientes:
Muros de contención tipo gravedad.
Muros de contención tipo ménsula (voladizo).
Muros de contención con contrafuertes.
Muros de contención tipo bandeja.
Muros de contención tipo criba.
Muros de contención Tipo Gravedad.
Son muros que se construyen de concreto o de mampostería, en los que
la resistencia es conseguida a través de su propio peso, Figura 22(a). Este
tipo de construcción no es económica para muros altos, pero puede ser
interesante para muros de altura moderada siempre y cuando su longitud no
sea muy grande. Los muros tipo gravedad no resultan ser muy económicos
debido a que al no utilizarse armadura, por lo general se trabaja con grandes
volúmenes de concreto. Son aconsejables cuando el ancho de la base tiene
80
una dimensión de 2
1 a 3
1 de la altura total del muro. Los muros de
semigravedad son aquellos muros de gravedad a los que se incorpora
armadura con el objetivo de disminuir la sección del muro, Figura 22(b).
Armadura
(a) (b)
Figura 22. Muros de contención (a) Tipo gravedad (b) Tipo semi-gravedad. Fuente: Fratelli (1993)
Muros de Contención Tipo Ménsula (voladizo).
Son muros que se construyen de hormigón armado y consisten de un tallo
o cuerpo delgado y una losa de base. Son los más usados actualmente; y
pueden tener la forma de una L o una T invertida, Figura 23.
Son usados generalmente a partir de una altura de 6 m. y se considera
que son económicos hasta una altura de 8 a 10 m. Su aplicación depende de
los costes relativos de excavación, hormigón, acero, encofrados y relleno, así
como también de la apariencia y durabilidad de la obra, sobre todo en áreas
urbanas.
81
Armadura
Figura23: Muro de contención tipo ménsula. Fuente: Fratelli (1993)
Muros de Contención con Contrafuertes.
Este tipo de muros constituye una solución evolucionada a los muros tipo
ménsula, cuya concepción nace debido a la necesidad de aligerar las piezas
en aquellos muros de gran altura en los que se requerirían, por consiguiente,
grandes espesores. La geometría de estos muros, Figura 24, es similar a la
del muro ménsula con la diferencia de que a intervalos regulares de longitud
se tienen losas verticales delgadas de concreto, denominadas contrafuertes,
que se hallan uniendo la cara posterior del muro con la base. Estas losas se
constituyen en rigidizadores de tensión que disminuyen tanto los esfuerzos
de flexión como los esfuerzos cortantes. Estos son aconsejables a partir de
los 12 m o cuando el relleno se halla muy sobrecargado.
Muros de Contención tipo Bandeja.
El concepto de funcionamiento de estos muros es muy diferente al de los
muros con contrafuertes. En este tipo de muro no se trata de resistir el
momento flector aumentando el canto y aligerando la sección, sino que se
trata de reducir los momentos flectores debidos al relleno mediante los
82
momentos producidos por la carga del propio relleno sobre las bandejas, Fig.
24. Su principal desventaja radica en la complejidad de la construcción, pero
puede ser una buena alternativa al muro con contrafuertes para grandes
alturas.
Contrafuertes
Figura 24: Muro de contención con contrafuertes. Fuente: Fratelli (1993)
Figura 25. Muro de contención tipo bandeja. Fuente: Fratelli (1993)
Muros de Contención Tipo Criba.
El sistema de este tipo de muros emplea piezas prefabricadas de
hormigón de muy diversos tipos que forman una red espacial que se rellena
con el propio suelo, Figura 26. La concepción de estos muros tiene su origen
en la de muros análogos que se realizaban antiguamente con troncos de
árboles.
83
Figura 26: Muro de contención tipo criba. Fuente: Fratelli (1993)
Desarrolladas las características de los principales tipos de muros de
contención, a continuación se presenta para un caso general de muro, la
notación utilizada a lo largo del capítulo, Figura 27.
Relleno
Cara posterior
Tallo
Cara anterior
Talón
Pie
Tacón Losa de base o zapata
Figura 27. Componentes de un muro de contención. Fuente: Fratelli (1993)
84
Bases Legales
Las bases legales relacionadas con el trabajo de investigación están
sustentadas por la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela
(1999) y por un conjunto de leyes, normas y técnicas establecidas en el país
al respecto.
Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. En el capítulo
IV, habla de los derechos ambientales, específicamente los artículos: 127,
128 y 129, establecen que es un derecho y un deber de cada generación
proteger y mantener el ambiente en beneficio de sí misma y del mundo
futuro. Es decir, que toda persona tiene derecho individual y colectivamente a
disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente
equilibrado.
Otra normativa utilizada en Venezuela, es la Norma de Zonificación
Sísmica o Falla Geológica (Norma COVENNIN 1756 -98, 2001), donde se
especifica que es de suma importancia adecuar a la realidad sísmica de
Venezuela la resistencia sísmica de una estructura desarrollada por los
Ingenieros que sigan las instrucciones de la norma de acuerdo al grado de
amenaza de la región.
También para esta investigación, se tomo en cuenta la Ley de los
Consejos Comunales, vigente desde año 2006 y reformada en el año 2009,
la cual tiene por finalidad que las comunidades pueden organizarse por
medio de los consejos comunales, para conseguir el beneficio en común de
sus habitantes. Por lo tanto, este proyecto de investigación que beneficiará a
la comunidad de los sectores involucrados, debe regirse por lo estipulado en
la ley. Esto establece que todo debe ser presentado ante la comunidad para
85
el beneficio de la misma, y de esta manera ellos aceptaran o no la propuesta
presentada.
Ley de Aguas (Noviembre 2004). El capítulo III. Trata sobre el Control y
Manejo de la Calidad de las Aguas, en su título III. Específicamente trata
sobre La Prevención y Control de los posibles efectos negativos de las
Aguas sobre la Población y sus Bienes, se tiene el Artículo 12, 13 y 17., el
cual reza los siguiente: “La prevención y control de los posibles efectos
negativos de las aguas sobre la población y sus bienes se efectuará a través
de: 1. La inclusión del análisis de riesgos y desastres naturales en el sistema
de planes de gestión integral de las aguas, así como en los planes de
ordenación del territorio y de ordenación urbanística.
Ley Orgánica del Ambiente (Junio 1976), la presente ley tiene por objeto
establecer dentro de las políticas del desarrollo integral de la Nación, los
principios rectores para la conservación, defensa y mejoramiento del
ambiente en beneficio de la calidad de vida, esto en función de la
eliminación de factores del ambiente que puedan ocasionar perjuicios a la
vida del hombre o de los demás seres.
El capítulo I, en los artículos 1, 2, 3, y 4, así como en capítulo II en el
artículo 6. Expresan que esta ley pretende determinar las propuestas más
aptas y condiciones apropiadas para ser aplicadas a la zona en estudio esto
en cuanto a la construcción de urbanismo se refiere, y de esta manera lograr
la conservación y mantenimiento del ambiente.
86
Sistema de Variables
Variable Independiente
Elementos de Diseño de Muro de Contención
Variable Dependiente
Estabilización de Taludes
Definición de Términos Básicos
Para comprender mejor la investigación cabe destacar algunos términos
básicos que servirán de ayuda para vislumbrar el tema en cuestión, los
cuales se destacan los siguientes:
Aguas abajo: Con relación a una sección de un curso de agua, sea principal
o afluente, se dice que un punto esta aguas abajo, si se sitúa después de la
sección considerada, avanzando en el sentido de la corriente (en castellano
se utiliza también el término <<ayudo>> para referirse a aguas
abajo).(Fratelli; 1993)
Aguas arriba: Es lo contrario de la definición anterior (en castellano se utiliza
también el término <<asuso>> para referirse a aguas arriba). (Fratelli; 1993)
87
Área de Cuenca: Toda tierra y el agua dentro de los límites de un área que
lo divide. (“Manual para la revisión de estudios hodrotécnicos de drenaje
Mayor”, 2008).
Asentamiento: Es el hundimiento de una estructura provocado por la
compresión y deformación del suelo situado debajo de la misma. (Merritt y
otros, 1999).
Cuenca: Unidad fisiográfica de un territorio cuyas aguas vierten a cuerpo de
agua que sirve de recolector principal. (Ramírez, 1999).
Deslizamiento: Deformación producida sobre un sólido sujeto por una cara y
sometido a una fuerza tangencial. (Crespo, 2005).
Drenaje: Conjunto de obras realizadas para mejorar las condiciones del
desagüe de determinada área. (Crespo, 2005).
Drenaje Natural: Canal de drenaje conformado por interacción de las aguas
y la superficie del terreno por donde escurren. (Carrero, 1996).
Escorrentía: Es el volumen de agua de lluvia que hace su recorrido sin
infiltrarse, sin evaporarse desde el sitio donde cae hasta la corriente de agua
que alimenta. (Monsalve, 1995).
Levantamiento topográfico: Proporciona la localización de accidentes
naturales o artificiales y las elevaciones que se utilizan en la confección de
mapas. (Merritt y otros, 1999).
Permeabilidad: Capacidad del suelo o roca para permitir la percolación de
las aguas. (Carrero, 1996).
88
Precipitación: Se refiere a todos los tipos de humedad emanados de la
atmósfera y depositados en la superficie de la Tierra en forma líquida (lluvia,
niebla, rocío) o en forma sólida (nieve, granizo, escarcha). (Monsalve, 1995).
Socavación: Acción erosiva en los laterales de los lechos de los ríos.
(Carrero, 1996).
Suelo: Es un material formado predominantemente por partículas de rocas y
minerales derivados de las rocas sin material cementante, pero con unas
ciertas proporciones de aire, de agua y de materia orgánica. (Kraemer y
otros, 2004).
Topografía: Es la ciencia y el arte de efectuar las mediciones necesarias
para determinar las posiciones relativas de los puntos, ya sea arriba, sobre o
debajo de la superficie de la tierra, o para establecer tales puntos. (Merritt y
otros, 1999).
89
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Modalidad de la Investigación
La metodología que se utilizó para responder a la problemática planteada
como es la estabilización de taludes, ubicada en la urbanización La Pradera,
municipio Campo Elías sector Aguas Calientes de la ciudad de Ejido,
requiere de una investigación, el cual se enmarco en la modalidad de
proyecto factible porque se propuso un diseño para solucionar un problema,
apoyada en la investigación de campo y documental.
Según Arias (2006), define al proyecto factible como aquel que propone
una solución social apoyada en la investigación de campo con evaluación en
el sitio, que permitirá la elaboración de una propuesta, como solución a un
problema de tipo práctico de una comunidad en un área particular del
conocimiento, a partir de un diagnóstico preciso de las necesidades del
momento. Esta investigación se consideró proyecto factible porque permite
dar solución a la problemática de la comunidad. Proponiendo un Diseño de
Muros de Contención mediante la selección y técnicas adecuadas en el
sector a estudiar.
Arias (2006) señala que la investigación de campo es “ aquella que
consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados,
o de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o
controlar variables alguna, es decir, el investigador obtiene la información
pero no altera las condiciones existentes” , (p.31) , Esta investigación se
caracterizó por tener apoyo en la investigación de campo, la cual permitió tanto
90
observar como recolectar en sitio, datos y mediciones de la realidad del objeto,
tales como el caudal de la quebrada, la topografía del terreno, entre otros. Así
como también las características y propiedades que conforman la problemática,
lo cual fue necesaria para la investigación, y así posteriormente analizar e
interpretar los resultados.
Del mismo modo, Arias (2006), especifica que los proyectos de
modalidad documental, son los que se realizan, como su nombre lo indica,
apoyándose en fuentes de carácter documental, el cual textualmente
menciona que “consiste en la recolección de datos directamente de los
sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos, sin
manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la
información pero no altera las condiciones existentes”, (p.47).
De igual manera, Arias (2006), define la investigación documental como que
se basa en la obtención y análisis de datos proveniente de la indagación,
recuperación, análisis, crítica e interpretación de datos secundarios, es decir,
aquellos datos obtenidos y registrados por otros investigadores en fuentes
documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas. Por lo tanto esta técnica
de investigación tuvo como finalidad extender y ahondar los conocimientos
necesarios para el desarrollo de la presente investigación, en el cual se utilizo
diversas fuentes documentales, tales como teorías encontradas en libros,
manuales, fotografías, trabajos especiales de grado que contribuirán con el
desarrollo de la misma.
Tipo de Investigación
Para la obtención de los resultados de manera clara y precisa fue
necesario aplicar algunos tipos de investigación en este proyecto, entre los
cuales están: la investigación descriptiva y la proyectiva.
91
La investigación descriptiva, comprende el registro, análisis e
interpretación de la naturaleza del objeto de estudio, es decir, que trabaja
sobre realidades de hechos, y su característica. Dentro de esta categoría
entra el presente proyecto, puesto que través de la investigación descriptiva,
las descripciones de los hechos se hizo como se presentaban en la realidad,
esto permitió evaluar de forma independiente las variables que afectan el
desarrollo del proyecto, que conducen a orientar al estudio de las
características del sitio en estudio, con el propósito de dar respuesta los
objetivos planteados y dar soluciones aceptadas sobre la estabilidad de
taludes.
Por otro lado, Arias (2006), “la investigación proyectiva, es aquella que
propone soluciones a una situación determinada, más no necesariamente
hay que ejecutar la propuesta”, (p. 58), es decir, todas las investigaciones
que implican el diseño o creación de algo con base en un proceso
investigativo; el presente proyecto, se considero en esta categoría, al
proponerse la estabilización de talud, ubicado en la urbanización. Esto con la
finalidad dar una solución técnica y social a un problema determinado que
involucra a un numero de ciudadanos.
Procedimiento
Fase I: Revisión Documental
En esta fase se acudió a las fuentes bibliográficas, información
digitalizada y algunas otras investigaciones que se vinculan con el tema de
investigación. Específicamente en este caso, se consulto información
92
referente a estabilización de talud, sus características, tipos de obras de
contención para protección de talud, entre otros, además de algunas bases
legales que involucran la solución que serán de vital importancia para el
desarrollo del proyecto.
Fase II: Diagnostico de la Situación Actual del Área en Estudio
Se requirió realizar un reconocimiento del área en estudio del talud y la
microcuenca, a través de una observación directa, es decir, a través de una
inspección visual realizada en el sitio, identificando los puntos más críticos,
como el grado de deterioro e índices de daño, severidad y vulnerabilidad. En
esta fase se utilizo la técnica de observación directa y mecánica, se realizo
mediante el instrumento de libreta de anotaciones y cámara fotográfica.
Fase III: Determinación de los estudios geomorfológicos de la zona
En esta fase fue necesario realizar un análisis partiendo de las
características de la zona para ello hubo que tomar en cuenta la vegetación,
pendiente del terreno, la forma del mismo, entre otros aspectos, así como
también los planos topográficos para determinar secciones transversales y
longitudinales del terreno. De igual modo, se analizo el estudio hidrológico,
obteniendo información de la cuenca, precipitaciones, reporte de crecida de
la quebrada, coeficiente de escorrentía, para así calcular la pendiente, el
tiempo de concentración, periodo de retorno, intensidad de precipitación y el
diseño del caudal, para lo cual se conto con datos suministrados por el
Ministerio del Ambiente y por la Dirección de Hidrología y Meteorología del
Estado Mérida. El instrumento a utilizado fue el equipo topográfico (estación
total y prisma).
93
Fase IV: Establecer las propiedades del suelo
Posteriormente al diagnóstico y análisis de la zona, se procedió a los
ensayos correspondientes tomando muestras de suelo en el sitio, la cual se
llevo a un laboratorio donde se obtuvo granulometría, limite de consistencia,
entre otros, con la finalidad de conocer su resistencia y soporte de carga, la
cual a través de formulas matemáticas, se cuantificaron datos necesarios
para el estudio. El instrumento utilizado fue planillas estandarizadas.
Fase V: Selección del tipo de muro
Después de haberse cumplido las fases anteriormente descritas, se
procedió a la selección del tipo de muro de contención que se adecue a las
características del suelo con el propósito de minimizar los procesos de
socavación y desestabilización del talud y por supuesto el impacto ambiental,
para esta fase se elaboro planos del muro con sus especificaciones, para la
presentación del diseño propuesto.
Fase VI. Diseño del muro que se adapte a las condiciones
hidrológicas, para soportar cargas y empuje del agua y sedimentos que
fluyen por la Quebrada Aguas Calientes.
Esta última fase una vez estudiado el tipo de muro que se va a utilizar,
y de acuerdo con las propiedades físicas del sitio en estudio, se procedió a
predimensionar. Se realizó los cálculos del muro ya seleccionado, éste fue
calculado por fórmulas matemáticas las cuales van hacer orientadas por los
siguientes métodos: el Método de Manning, y el método de Lischtvan –
Levediev, de los cual arrojarán un cálculo preciso y efectivo, y luego este se
adaptará al tipo de muro ya escogido, de acuerdo a las condiciones físicas
del sitio en estudio que en este caso es la Quebrada Aguas Calientes, del
mismo modo se podrá observar la efectividad y la adaptación del muro.
94
Operacionalización de las Variables
Tabla 5. Operacionalización de las Variables
Objetivo
General Variables Dimensiones Indicadores
Unidad de
Medida
Proponer la estabilización del talud en la Urbanización La Pradera
para proteger el margen de la quebrada
Aguas Calientes.
Variable Independiente
Elementos Diseño de Muro de Contención
Hidrología
Caudal de la quebrada
Curva IDF
M³/seg²
m3/sg, años y horas
Topografía
Perfil longitudinal
Secciones
Ml
Mts²
Característica físicas-
mecánicas del suelo
Granulometría
Límite Consistencia
%
%
Variable Dependiente
Estabilización de talud
Muro de Contención
Normas AASTHO
Adimensional
Factor seguridad al
deslizamiento
Factor seguridad
volcamiento
Presión
Adimensional
Adimensional
Kg/cm²
Fuente: Propia (2012)
95
Población y Muestra
La población es un conjunto finito o infinito de elementos con
características comunes. Según Arias (2006) con respecto a la muestra,
señala que es un subconjunto representativo de los elementos determinados,
que se extrae de la población accesible. Lo importante es que la muestra
seleccionada sea lo más parecida posible a la población, es decir, que sea
representativa de está.
De acuerdo a lo anteriormente señalado en esta investigación la
población y muestra que se analizo en la estabilización de talud, ubicada en
la Urbanización La Pradera, parroquia Matriz del Municipio Campo Elías,
Ejido Estado Mérida. Por consiguiente, para la realización de un muestreo,
no se puede hacer en este caso, debido que la información que se obtuvo de
un mismo objeto, es decir, que entra en la categoría de finito, lo que hace de
la investigación un caso especial.
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Arias (2006), expresa que las técnicas de recolección de datos son los
medios materiales que se emplean para recoger y almacenar la información
necesaria para el avance de la investigación de manera organiza. Es por ello
que los datos del presente proyecto esta definido dentro de la categoría
documental y de campo.
En este sentido, en función de los objetivos definidos en la presente
investigación, donde se plantea la estabilización de taludes, se emplea una
serie de instrumentos y técnicas de recolección de la información, orientados
fundamentalmente a servir como herramienta de trabajo en la búsqueda de
información. Entre las técnicas utilizadas se encuentran las siguientes:
96
La primera técnica que se utilizo, es la documental la cual permitió extraer
información de diferentes fuentes documentales, consultas bibliográficas
como libros, archivos digitales y consultas hemerográficas como artículos
entre otros, en las cuales se expresará las condiciones y normas
establecidas para diseño de un muro de contención, así como también
información del Ministerio de Meteorología del Estado Mérida.
La segunda técnica es la observación directa, que según Arias (2006), es
una técnica que consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma
sistemática cualquier situación que se produzca en la naturaleza o sociedad,
en función de los objetivos establecidos en la investigación. Se requirió la
observación directa en el sitio, es cual es una técnica consistió en visualizar
o captar mediante la vista, en esta investigación es de suma importancia la
observación en sitio para conocer las condiciones la zona en estudio, tales
como las características del suelo, de la quebrada, hidrología de la misma,
así como también el reconocimiento de la zona en estudio. Se utilizo como
instrumento la libreta de anotaciones y planilla de diagnostico.
De igual manera se utilizo la observación mecánica, que se aplica
mediante una cámara fotográfica, la realización de un informé fotográfico del
área anteriormente mencionada, al momento en que se estuvo en campo se
realizo las diferentes actividades, considerando los sitios adyacentes para
proporcionar mayor claridad en la observación.
97
Tabla 6. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Técnicas Instrumentos
Técnica Documental Archivos de información Digitales, Fichas de Registro y Formularios
Observación Directa
Planilla de medición y Libreta de Anotación
Hoja de diagnostico
Observación Mecánica Cámara Fotográfica y Cámara de Video
Ensayos de laboratorio Planillas tabuladas
Técnica de Medición con Equipo
(estación total, mira)
Planillas de Medición
Cinta métrica
Fuente: Propia (2012)
Validez de los Instrumentos de Recolección de Datos
La validación del instrumento se determinó con la recolección de
información necesaria para el análisis del caso en estudio, estableciendo su
validez, para Hernández (2006), la validez se refiere al grado en que un
instrumento realmente mide la variable que permite medir, para la cual
existen tres tipos de validez: la validez de contenido, la validez de criterio y la
validez de constructo.
Este proyecto de investigación trabajo solamente con la validez de
contenido, ya que los instrumentos a validar en esta investigación son la guía
de observación directa en campo, y las planillas de laboratorio de las cuales
estas últimas ya viene validadas por el ente encargado.
98
Técnicas de Análisis
Las técnicas de análisis según Arias (2006), es el punto, donde se
describen las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que
se obtengan: clasificación, registro, tabulación y codificación si fuere el caso.
En lo referente al análisis, se definen como técnicas lógicas (inducción,
deducción, análisis, síntesis), o estadísticas (descriptivas o inferenciales),
que fueron empleadas para descifrar lo que revelan los datos que serán
recogidos.
Por otro lado, en el manual del Instituto Universitario Politécnico Santiago
Mariño (2003), define las técnicas de análisis que consiste en la descripción
de un conjunto de procedimientos para el estudio de los datos, una vez que
los mismo se recolectaron, se procedió a codificarlos, clasificarlos y
tabularlos, el cual depende de las técnicas básicas cualitativas y
cuantitativas.
La presente investigación se sitúa en un enfoque de características
cuantitativas, por la información que se puedo obtener una vez aplicados los
instrumentos, a través de datos que se pudieron obtener por medio de
planillas estandarizadas usadas en laboratorios, expresiones matemáticas, y
que fueron un conjunto de números que muestran relaciones significativas y
que pudo ser analizados e interpretados.
Así mismo con respecto a la investigación cualitativa Arias (2006), señala
que se hace cuando la información es de tipo verbal, que de un modo
general se ha regido mediante cuadros de notas, cámaras de video o
cualquier otro instrumento. Es decir, que la información se presenta en forma
discursiva, no se presenta ninguna referencia gráfica.
99
Es así como, este proyecto se identifica como un análisis cualitativo, ya
que se pretendió documentar la información a través de la aplicación de una
observación directa, detallada de campo y registros fotográficos que permitió
demostrar visualmente cual es la gravedad del problema hacer solucionado
posteriormente. Así mismo, los datos obtenidos que pudieron ser
expresados en términos numéricos, o una serie de estrategias que permitió
ubicar la solución a la estabilización de taludes, en el sector Aguas Calientes
de Ejido.
100
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
En este capitulo se basa en concluir y complementar los objetivos
planteados en el Trabajo Especial de Grado; por medio de la compilación y
disensión de los datos y términos que han sido tratados en el desarrollo de
esta investigación, se muestra el resultado de los productos para llegar a la
discusión de los mismos y presentar una posible solución a la problemática
de la vulnerabilidad que amenaza los movimientos de masas y desbordes
por crecida en el trayecto urbano de la quebrada Aguas Calientes; es
importante efectuar que la metodología aplicada de acuerdo al estudio y
factores en la zona determinada, para realizar la evaluación del área en
estudio.
Diagnostico de la Situación Actual del Área en Estudio.
En esta parte se muestra el contexto las condiciones en la cual se
encuentra el área en estudio, se observó la situación que presenta la
Urbanización La Pradera con respecto a la quebrada Aguas Calientes por el
incremento de precipitaciones en temporada de lluvia en este sector, lo que
provoca socavación, deslizamiento de tierra del talud, y asentamientos el
cual establece la base de algunas de las viviendas, afectando la calidad de
vida del sector, cabe destacar que esta problemática también afecta al medio
ambiente, el colapso de la zona.
De esta manera puede observarse en las (Figuras 28), lo cerca que se
encuentra la quebrada de las viviendas, estas imágenes pertenecen al sector
en estudio, se reseñan el alto riesgo que se encuentra la comunidad para así
101
demostrar la problemática que se presenta en temporadas de lluvias. Cabe
enfatizar que esta investigación podrá tener continuidad para seguir siendo
desarrollada, con el fin de solventar a través de la misma, una propuesta de
Estabilización de Taludes en diferentes sectores aguas debajo de la zona,
con el fin de contribuir con el mejoramiento del bienestar así lograr brindar
seguridad a los pobladores.
Por este motivo, se planteó un diagnostico del sector en estudio
relacionado con las vertientes del sector Aguas Calientes y la quebrada
existente, logrando cumplir con todos los objetivos planteados en esta
investigación y así alcanzar el propósito de la misma, por lo tanto se planeó
una serie de fases que serán desarrolladas a continuación.
Figura 28: Foto del sector en estudio Fuente: Propia (2012)
Diagnostico del Caudal de la quebrada Aguas Calientes: Para el
desarrollo de esta fase se realizó una inspección al sitio detallada del área en
estudio, para recabar toda la información necesaria y así conocer el estado
actual de la quebrada, taludes adyacentes, es decir, la vegetación, la
población, las precipitaciones, cauce del mismo. Se utilizaron como técnicas
102
de investigación instrumentos como libreta de anotación, cinta métrica y
registros fotográficos.
Para iniciar con la fase de diagnostico, se realizó de la siguiente
manera:
Recorrido del Sector Aguas Calientes, transitamos por tochas para
observar el cauce de la quebrada y sus márgenes.
Estado actual de las viviendas.
Presencia de contaminación del mismo.
Recorrido de la quebrada del Sector Aguas Calientes: Se observó
abundante material rocoso, troncos de árboles y la presencia de vegetación
abundante en el cauce, aunado a las fuertes precipitaciones que se producen
en esta zona, lo cual provoca represamiento del flujo aguas arriba,
provocando constantes deslizamientos de material y vegetación, de esta
manera todo este material es arrastrado aguas abajo de la quebrada
afectando las viviendas, las cuales se encuentran ubicadas en la parte media
de la microcuenca donde se hallan en la parte más plana ocupando la zona
de expansión urbanística del sector, dentro de ello se encuentran ubicadas
las poblaciones de El Moral, San Miguel, INREVI, San Rafael, Mesa de
Tanque, San Martín, Santa Eduviges, La Campiña y La Pradera, algunos de
estos desarrollos han sido construidos en los márgenes de la quebrada
Aguas Calientes y que en épocas de lluvias sufren inundaciones y
sedimentaciones. Ver figura 29.
103
Figura 29. Quebrada Aguas Caliente. Fuente: Propia (2012)
Estado actual de las viviendas: Se observó el deterioro de algunas
viviendas, porque la socavación, que ha generado la quebrada en el
momento que se producen las crecidas ha inducido al agrietamiento de las
paredes (Figura 30), por el asentamiento que se efectuó en la zona, dicho
agrietamiento se produce por la pérdida de resistencia del suelo, pudiendo
originar la inestabilidad de las estructuras, en algunas ocasiones los
habitantes han restaurado algunas paredes que se han deteriorado por las
causas antes mencionadas. Se puede dar una clara idea que el sitio en
estudio no cuenta con un plan de mantenimiento que ayuden a conducir las
aguas de la quebrada Aguas Calientes, cuando existe aumento del caudal,
ya que en temporadas de lluvias se aprecian y se corroboran la problemática
existente en el sector que afecta a la zona del riesgo.
104
Figura 30. Vivienda de la Urbanización La Pradera. Obsérvese la grieta que presenta la pared aproximadamente tiene una abertura de 1 pulgada Fuente: Propia (2012)
Estado actual del la contaminación del mismo: En la quebrada Aguas
Calientes, se observó la presencia de basura, provocada por la misma
comunidad o por comunidades que se encuentran aguas arriba que han sido
arrastradas por el cauce, a su vez se pudo observar que las aguas negras de
algunas viviendas desembocan directamente en el cauce de la quebrada, así
como también la disposición de desechos sólidos , aumentando la
proliferación de roedores y malos olores, estos pudiendo producir la
propagación de diferentes enfermedades.
105
Figura 31. Basura presente en la quebrada Aguas Calientes, aguas abajo del cauce. Fuente: Propia (2012)
Causas del desbordamiento de la quebrada: En el recorrido aguas
arriba de la quebrada Aguas Calientes se logró observar la tala de árboles en
el área cercana a la misma, así como también la presencia de gran material
rocoso, trozos de arboles, vegetación entre otros, siendo causantes del
desbordamiento, debido a que todo este material queda depositado en el
cauce, formando una tapiza e impidiendo que fluya libremente las aguas, que
posteriormente al aumentar el caudal hidráulico son arrastrados aguas abajo,
lo cual produce colisión con las paredes del talud existente y la inestabilidad
de la masa de suelo ocasionado daños severos. Cabe destacar que a esta
causa se le suma la basura de elementos solidos y de gran tamaño que se
unirá a la tapiza de la ruta del cauce.
106
Determinación de los Estudios Geomorfológicos de la Zona.
En el estudio morfológico se involucran los estudios del suelo o de la
superficie del mismo, tomando en cuenta los movimientos en masa
presentes, y los factores determinantes de las inestabilidades identificadas.
Para ello es oportuno describir las características físicos-naturales de la
microcuenca en estudio.
Características Físico- Naturales de la Microcuenca
Descripción de la Microcuenca
Localización:
Las microcuencas La Portuguesa y Aguas Calientes por estar paralelas
entre si, se localiza entre las coordenadas 8°32´16” y 8°37´36” de latitud
Norte y 71°13´58” y 71°16´34”de longitud Oeste. Perteneciente a la Parroquia
Matriz del Municipio Campo Elías del Estado Mérida. Ocupa una superficie
aproximada de 2998,28 ha. Su variación altitudinal va desde los 960 msnm,
con la confluencia del río Chama, hasta los 3160 msnm, en sus nacientes en
la Loma del Viento. El área limita por el norte y el oeste con el río Las
Gonzales, por el este con la cuenca de la quebrada Montalbán que es
tributaria con el río Albarregas y por el sur con el río Chama. En dicha
microcuenca se encuentra presente un nivel de población que se caracteriza
por presentar sectores urbanos diferentes entre si, en los cuales se pueden
señalar. Aguas Calientes, Manzano Alto, Urbanización Padre Duque, Carlos
Sánchez, entre otros.
Datos Físicos:
107
Clima: Según Romero D (1999), citado por Contreras, L (2005), el clima
esta en función de dos elementos:
Precipitación: llegó a sintetizar que la microcuenca se caracteriza por
presentar humedad moderada a una altitud de 1360 msnm.
Temperatura: En su parte más baja al nivel de la ciudad de Ejido se
registra las mayores temperaturas 22°C, disminuyendo a medida que
ascendemos a través de la microcuenca hasta alcanzar la temperatura
medias anuales menores a 10°C en el área de Páramo a cota 3000
msnm.
Zona de vida:
Este mismo autor a su vez cita a Holdrige,L (1968), este afirma que se
presenta cuatro zonas de vida para la quebrada La Portuguesa.
1. Bosque Seco Premontano (Bs-P): Esta zona se encuentra localizada
en la parte baja de la microcuenca, con una precipitación promedio
menor 1000 mm/año y una temperatura media mayor de 18°C,
correspondiente a la Loma del Moral.
2. Bosque Húmedo Premontano (Bh-P): Precipitación media mayor 1000
mm/año y una temperatura media mayor de 18°C, correspondiente al
área de la carretera la Panamericana, dominada por los usos agrícola
y urbanos.
3. Bosque Húmedo Montano (Bh-MB): Precipitaciones promedio es de
1000 mm/año, temperatura media anual 18-12°C, se caracteriza por
presentar árboles que pueden llegar a los 20 metros de altura.
4. Bosque muy Húmedo Montano Bajo (Bmh-M): Precipitaciones media
mayor de 1000 mm/año, temperatura media menor a 12°C, desarrolla
un bosque a 10-15 metros.
108
Tabla 7: Uso Actual de las Microcuencas por Zonas de Vida, Agua Arriba de las Aéreas Afectadas por Crecidas
Cause / Uso*
PpSa
AR
PpSa BmhM
BhMB
BhPM
VS-R
BhPM
UR
Total
Ha %
Portuguesa -- -- 811 886 76 1773 12,90
Milla -- 23 533 46 141 743 --
Albarregas-Milla 352 830 2896 90 614 4782 34,70
Rincón -- -- 55 165 -- 220 --
Gavidia-Rincón -- -- 103 461 223 787 5,70
Resbalosa -- -- 245 74 10 329 2,40
Pedregosa 27 223 2378 436 173 3237 23,5
Carvajal -- -- 238 310 34 582 4,20
Aguas Calientes -- -- -- 748 102 850 6,20
Montalbán -- -- 955 326 155 1436 10,40
Total (Ha) 379 1053 726 3331 1387 13776 100
(%) 2,7 7,6 55,4 24,2 10,1 100,0
Fuente: Ministerio del Ambiente (2000)
Donde:
PpSa AR: Afloramiento rocoso en Páramo pluvial subandino
PpSA: Páramo pluvial subandino.
BmPM BhMB: bosque muy húmedo montano con húmedo montano bajo
BhPM VS-R: Vegetación secundaria y área rural con pastos y cultivos en
bosques húmedos premontanos.
BhPM UR: Área contenida por la poligonal urbana en bosque húmedo
premontano.
109
Geología
Según Cabello, O (1956), mencionado por Contreras, L (2005), se
remonta desde el paleozoico superior cuando se produce el levantamiento de
la Cordillera de Mérida hasta el cuaternario en el cual se registraron grandes
oscilaciones climáticas sometidas a una intensa erosión. La geología
estructural de la microcuenca La Portuguesa y la de Aguas Caliente, por
encontrarse paralelas, presenta un intenso fallamiento que atraviesa los
diferentes afloramientos geológicos, la cual esta orientada casi paralela a la
falla de Bocono que sigue el eje del río Chama, lo que favorece a la
presencia de movimiento de masa.
De acuerdo a estudios realizados señalan que el área esta encuadrada
dentro de dos fallas longitudinales. La primera se encuentra a una cota
aproximada de 2100 msnm, en dirección NE SW el cual separa el contacto
litológico entre las formaciones Aguardiente y la Quinta, la cual es
interceptada por otra falla a una altura aproximada de 2600 msnm,
separando la formación Sierra Nevada y Capacho con dirección E-W a una
altura de 2500 msnm. La segunda falla atraviesa la microcuenca a una cota
aproximada de 1500 a 1600 msnm, con dirección NE SW abarcando en su
totalidad la formación la Quinta, separando el contacto litológico de dicha
formación y la formación Sabaneta y Aguardiente.
Geomorfología
El mismo investigador mencionado en el párrafo anterior, expresa que la
geomorfología esta ligada a la diversidad e interrelación de los fenómenos
físicos influyendo en el modelado de las vertientes, de manera directa e
indirecta entre las que se pueden citar: el relieve, clima susceptibilidad del
110
suelo. En la quebrada La Portuguesa se distingue dos unidades, la de
vertiente y la de fondo:
Unidad de vertiente: Comprende las unidades de montaña altas y
medias, por encima de los 1300 msnm, en donde por acción de
movimiento de masas, procesos hídricos, altas pendientes y
acompañada por la existencia de un sistema de fallas, genera un
estilo particular en su conformación morfoestructural en donde
estimula un escurrimiento superficial concentrado que son capaces de
producir un alta erosión cuando el grado de vegetación sea bajo. La
cubierta vegetal y la calidad del material fisiológico permiten una
acción más rápida de estos. En la vertiente izquierda de la quebrada
La Portuguesa, en áreas donde se realizan labores agrícolas de
autoconsumo, eliminando la cubierta vegetal, lo cual genera un
proceso de escurrimiento laminar que junto con el sobre pastoreo,
crea el tipo de erosión llamada pie de vaca donde existe una
compactación del suelo provocando una concentración rápida de las
aguas de cauces que sólo actúan ante eventos de precipitación
extraordinarias.
Unidad de fondo de valle: Se encuentra en la parte baja a partir de los
1300 msnm, hasta llegar a la desembocadura del río Chama. Ocupa
posiciones geomorfológicas de orden fluvio torrencial en forma de
terrazas aluviales, conos de deyección y depósitos resientes en forma
de vegas que se caracterizan por una intensa erosión y un
escurrimiento superficial difuso, fuerte y concentrado, el cual produce
el fenómeno de erosión sobre la colina del sector Zumba ejercida por
La Portuguesa.
111
Figura 32. Obsérvense características fisiográficas del municipio Campo Elías.
Fuente: Propia (2012)
Suelos:
Conforme a la investigación realizada por Contreras, L (2005), describe
que en la parte más alta en las vertientes, los suelos se caracterizan por
tener poco desarrollo pedogenético muy lixiviado, presentando un alto
porcentaje de fragmento rocosos de tamaño variable. Son de tipo entisoles e
inceptisoles tienen buena permeabilidad, poca profundidad, con un alto
contenido de materia orgánica en los horizontes superiores de moderada a
un buen drenaje interno y externo, con un pH que varia de fuertemente ácido
a ligeramente ácido con predominio de textura arenosa o arenosa franco,
franco arcilla-arenoso y franco arenosa y de fertilidad media alta. En la
unidad fondo de valle constituida por conjunto de terrazas, conos de
deyección y depósitos recientes en forma de vegas, estructurados a partir de
material transportado por la quebrada Aguas Calientes y La Portuguesa de
las diferentes formaciones geológicas. Presente en la parte Norte del área,
son suelos de tipo inceptisoles y ultisoles, son profundos los cuales cuentan
112
con buenos sistemas de drenaje interno y externos, son suelos pedregosos
el pH varia de neutro a moderadamente alcalino, con predominio de textura
arenosa a franco arenosa con el contenido de materia orgánica de bajo a alto
en el horizonte superficial.
Hidrografía
Esta conformada por las quebradas La Portuguesa y Aguas Calientes, las
cuales poseen características propias de cauces de montaña en su recorrido,
determinado por un alta capacidad de arrastre y transporte de sedimento.
Ambos cauces son de régimen permanente con carácter típico torrencial
cuyas aguas confluyen en el río Chama. Estos cursos son alimentados por
otros afluentes de menor caudal y de régimen intermitente que se localiza a
ambos lados de la trayectoria que sigue la quebrada.
El patrón de drenaje es dendrítico presentándose una variación espacial
de la densidad de drenaje debido a diferentes factores entre ellos están: la
composición litológica, la distribución temporal e intensidad de la
precipitación, la variación de la cobertura vegetal y las características del
relieve.
Estudio Hidrológico de la Microcuenca Aguas Calientes
El estudio hidrológico tiene como objetivo estimar el caudal máximo que
puede generar la microcuenca en estudio, considerando tormentas con
periodos de retorno adecuado a la importancia de la estructura de drenaje
transversal a construir, a continuación se mostraran los datos hidrológicos de
la zona en estudio.
113
Característica de la microcuenca
Morfometría.
Según Contreras, (2005), las características morfométricas que presenta
dicha microcuenca las cuales son determinadas por la longitud, tamaño y
forma del mismo, también se tiene que considerar los siguientes:
Pendientes.
Los valores dependientes fuertes o moderados están comprendidas con
predominio en el sector de vertientes del conjunto montañoso, con valores
superiores al 35%, y los valores de pendientes de moderadas a suaves en el
sistema de fondo de valle con valores inferiores al 35%. Las pendientes
presente en el sector Aguas Calientes están comprendidas entre los
siguientes valores:
o Rango del 0-12%, topografía suave, favoreciendo en buena
medida las actividades agrícolas.
o Rango del 12-35%, topografía moderada, favorable para
actividad agrícola y el desarrollo urbanístico, sobre los conos de
deyección y terrazas aluviales que se desarrollan paralela o
transversalmente al curso de la quebrada Aguas Calientes.
o Rango de 35-50 %, incluye superficie de topografía
pronunciada, convirtiéndose en una limitante para el
establecimiento de las labores agrícolas y para ciertos
desarrollos urbanos. Generalmente se corresponden con áreas
de vertientes, conos de deyección, terrazas y algunos taludes
de las unidades de fondo de valle.
114
o Rango mayores a 50%, son terrenos con pendientes fuertes,
cuales son susceptibles a la erosión, en estas condiciones la
actividad agrícola tiene restringidas oportunidades y también se
hace prácticamente nula la posibilidad de desarrollo de
infraestructuras permanentes. Estas pendientes caracterizan
las unidades de vertientes localizadas en la parte media y alta
del área.
Tal como se señalo en los párrafos anteriores, son importantes los datos
morfométricos que caracteriza la microcuenca en estudio, y el recorrido que
tiene desde su nacimiento hasta su desembocadura, que a continuación se
describirán, las cuales se citan a continuación:
a. Morfometría de la microcuenca Aguas Calientes: La longitud axial,
representa la longitud en kilómetros medida desde la desembocadura
hasta el punto mas alto de la microcuenca dando como resultado
10,45 Km.
Figura Nº 33. Imagen correspondiente al sector Aguas Calientes donde se emplaza la microcuenca. Fuente: Google Earth, (2008)
115
b. Tamaño de las Cuencas: La superficie total de la cuenca La
Portuguesa es de 2998,28 ha, que es equivalente a 29,98 Km2.
Mientras que la cuenca Aguas Calientes es de 861,81 ha., que
equivalen a 8,61 Km2.
c. Forma:
Índice de Forma de la Cuenca: Expresa la forma de la cuenca
como una razón del perímetro de la misma circunferencia de un
círculo de igual área. (Contreras, L 2005).
Tabla 08. Índice de forma de la Cuenca
Clase Rangos Forma de la Cuenca
Kc1 1,0 – 1,25 Casi redonda oval redonda
Kc2 1,25 – 1,50 Oval redonda a oval oblonga
Kc3 1,50 – 1,75 Oval oblonga a rectangular oblonga
Fuente: Contreras (2005)
Kc = 0,28*(P / √A)
Donde:
Kc =Coeficiente de compacidad
A= área Km2
P= Perímetro de la cuenca (Km)
0,28 =constante
Para la cuenca Aguas Caliente que es la que se encuentra en
estudio, tiene los siguientes datos.
A = 8,61 Km2
P= 11,73 Km
Kc = 0,28 * ( 11,73km/ √8,61Km2 )
Kc = 1,12
116
Interpretando el resultado, la microcuenca Aguas Calientes posee una
forma casi redonda oval redonda, ya que su coeficiente de compacidad (Kc)
es menor a 1,25 por lo tanto esta cuenca tiene a ser torrencial y su tiempo de
concentración es corto. Se debe establecer medidas de conservación como
reforestaciones en las áreas donde no existe cobertura vegetal, ya que esta
intercepta la precipitación y favorece la evapora transpiración y de esta
manera alargando el tiempo de respuesta a las crecidas o eventos
extraordinarios de precipitación.
Factor de Forma
El factor de forma esta definido por la siguiente formula;
2L
A
L
BKf
En donde:
B Ancho medio en .Km
A Área de drenaje en 2Km .
L Longitud axial de la cuenca en .Km
La longitud axial de la cuenca en este caso es de 10,45Km, por lo
tanto el coeficiente de forma es de:
08,0
45,10
61,82
2
Km
KmKf
Según Ramírez, (1999), que una cuenca que tiene menor tendencia a las
crecidas cuando el KfΞ1, apoyándose en esta relación, esta microcuenca la
tendencia es a no sufrir desbordes.
117
Densidad de drenaje
A
LtDd
Donde:
Lt Longitud total de las corrientes de aguas en .Km
A Área total de la cuenca en 2Km .
Este coeficiente puede variar entre 0,5 .Km / 2Km , para cuencas con
drenajes pobres, hasta 3,5 .Km / 2Km , para cuencas excepcionalmente bien
drenadas.
La microcuenca de la quebrada Aguas Calientes la longitud de las
corrientes de agua es de 10,45 Km aproximadamente, por lo tanto:
ΣΣLi, u = longitud de los cauces = 10,45 km
A = Área de la cuenca = 8,61 km²
21,161,8
45,102
Km
KmDd
Este valor indica que la cuenca de la quebrada Aguas Calientes esta por
debajo del valor indicado, lo que significa que es una cuenca con drenajes
pobres.
Extensión media de la Escorrentía Superficial
La formula es la siguiente:
TL
A
41
118
Donde:
1 Es la extensión media de la escorrentía superficial en .Km
TL Es la longitud total de la corriente de agua hidrográfica en .Km
A Es el área de drenaje total de la cuenca en 2Km .
Con los valores anteriores para la cuenca en estudio se tiene que:
KmKmx
Km21,0
45,104
61,81
2
Así como el valor anterior, lo que expresa es que sigue siendo una
cuenca con drenajes pobres.
Sinuosidad de las corrientes de agua
VL
LS
Donde:
VL Es la longitud del valle medida según la dirección del cauce principal en
.Km
Para la quebrada Carvajal VL 10,45 .Km
18,45,2
45,10
Km
KmS
Este valor indica que se trata de una quebrada curva, con meandro (curva
en el cauce del río provocada por un proceso de intensa excavación y de
acumulación de materiales en la orilla).
119
Relieve.
Presenta valores altitudinales entre los 9635 msnm, el la confluencia de la
quebrada La Portuguesa, con el río Chama, hasta los 3160 msnm, en su
parte alta, la cual pertenece a una ramificación de la Sierra de la Culata del
Norte, que nace en el nudo del Páramo de los Leones, pasando por la Loma
del Viento, antes de finalizar en la cuenca del río Las González.
Pendiente de la Cuenca
La pendiente, se utiliza cálculo de pendiente de una cuenca hidrográfica a
partir de curvas de nivel:
%100xA
DxLtI
Donde:
I La pendiente promedio de toda la cuenca.
D Diferencia consecutiva de cota entre curva de nivel, es un valor
constante que se expresa Km.
Lt Longitud total de todas las curvas de nivelen la cuenca en Km.
A Área total de la cuenca Km2.
%14,12%10061.8
45,101,0 x
xI
Esta pendiente media del cauce es relativamente alta (12,14 %),lo cual
hace que esta se comporte como una quebrada torrencial; es importante
destacar que el valor dependiente incrementa la velocidad de la corriente y la
120
capacidad de arrastre de sedimentos, por lo tanto se trata de una
microcuenca susceptible a desarrollar mayor violencia en sus crecidas.
Análisis de Vegetación Actual de la Microcuenca Aguas Calientes.
Esta es una de las principales microcuencas del río La Portuguesa y una
de la más densamente pobladas, tiene una superficie total de 861,81 Ha, y
esta bajo dos áreas de administración el Área Rural que esta administrada
por MARN y e Área de Campo Elías Urbana por la Alcaldía de Campo Elías,
a continuación se presenta un análisis de la vegetación existente dentro de la
microcuenca, ya que es una característica muy particular e influyente en la
susceptibilidad de un talud y una ladera, ante el movimiento en masa, siendo
parámetros dependientes entre si. Para ello hay que tomar en cuenta que las
propiedades químicas, físicas y biológicas permiten el desarrollo de una capa
vegetal particular en cada sector que se encuentre, dichos análisis estudio
son:
Bosque medio: Esta ubicado en al parte alta de la microcuenca
entre las cotas 2100 msnm, y 1700 msnm, ocupa una superficie de
102,43 Ha. Lo que representa un total de11, 89 % del área de la
microcuenca, este bosque se encuentra delineado por la Vía que
conduce hacia la población de Jaji. En este bosque se encuentran
las nacientes de la Quebrada Aguas Calientes, esta muy poco
intervenido, existen pequeños sitio que han sido intevenidos pero
ya se observan procesos de regeneración donde existen especies
esciófilas características de bosques secundarios.
Bosque Intervenido: Este tipo de cobertura esta ubicada en la parte
alta y media de la microcuenca entre las cotas 2100 msnm y 1300
msnm, ocupando un área de 358,77 Ha, este tipo de cobertura es
121
el que ocupa mayor porcentaje dentro de la microcuenca, que
representa un 41,63 % del total. Este bosque forma parte de resto
de bosque alto y medio que ya ha sido intervenido por el hombre
donde se han explotado las especies maderables comerciales y
dejando sólo las de poco valor comercial. Actualmente solo se
consigue especies que brinda sombra al café, es importante
destacar que dentro de este bosque se encuentran aguas termales
y algunas viviendas que tienen pequeñas áreas destinadas para
cultivo como maíz, caraota, cambur y cítricos para su subsistencia
y además existen otras especies introducidas o exóticas como
Pinos, Eucaliptos, Acacias, Fresnos, Álamos, entre otros.
Bosque Ripario: Estos están asociados a los lechos de los río. Este
tipo de vegetal esta distribuida por toda la microcuenca ocupa un
área de 81,03 Ha, que representa un total de 9,40 % del total de la
microcuenca. Este tipo de cobertura se encuentra mayormente
ubicado la parte baja de la microcuenca, en el sector denominado
como el Quebradon en la vertiente derecha de la Quebrada Aguas
Calientes.
Matorral Arbolado: Se encuentra distribuida por la parte alta, media
y baja de la microcuenca ocupando un área de 71,06 Ha, lo que
representa un total de 8,25 % del área total de la microcuenca.
Estas áreas han sido por lo general intervenidas o sujetas a
quemas para la expansión agrícola y luego abandonada, con el
tiempo estas áreas se han poco a poco regenerado. De los cuales
se encuentran pequeños arbustos achaparrados y pastos.
Pastizal: Se encuentra distribuidos en su mayoría en la parte media
y baja de la microcuenca, principalmente en la vertiente derecha
de la Quebrada Aguas Calientes específicamente en el sector
122
denominado El Chamicero, estos ocupan un área de 168,96 Ha,
este tipo de vegetación ocupa el segundo porcentaje en lo que a
cobertura se refiere dentro de la microcuenca y que representa el
19,61 % del área total de la microcuenca. La vegetación
observación en estas áreas esta compuesta principalmente por
helechos y pasto como yaragua (Melinis Minultiflora), paja guinea
(Panicum Maximun) algunos curies (Prosopis sp) y cardones
(Cereus sp). Dentro de estas áreas se encuentra algunos cultivos
en laderas como lo son piñas, yuca, estos no tienen ningún tipo de
medidas de conservación.
Plantaciones: Dentro de la microcuenca existe una plantación
forestal de Pinus sp., que esta ubicada en la parte media de la
microcuenca en el sector conocido como Alto de los Guayabos y
tiene un área de 1,38 Ha, lo que representa el 0,16% del área total
de la microcuenca esta plantación se estableció para darle
cobertura vegetal a ese sitio y recuperar esta área. Alrededor de la
plantación se encuentra algunas viviendas que poseen pequeños
conucos en donde se mantienen cultivos de secano.
123
Tabla 09. Resumen de los tipos de cobertura vegetal en hectáreas de la Microcuenca Aguas Calientes.
Cobertura Área ha % Total
Bosque intervenido 358,77 41,63
Bosque medio 102,43 11,89
Bosque ripario 81,03 9,40
Matorrales 71,06 8,25
Pastizales 168,96 19,61
Plantación 1,38 0,16
Urbanismo 73,95 8,58
Viviendas rurales 4,23 0,49
Total 861,81 100,00
Fuente: Contreras, L (2005).
Mencionados cada uno de estos puntos, se tiene claro la función que
cumple la vegetación, sin importar el tipo, lo que es importante es la
densidad que presenta, convirtiéndose en una cobertura vegetal, que su
objetivo el cual es aceptado universalmente, genera la protección del suelo
superficial, de acuerdo al agente erosivo que afecte en el sector en estudio.
Características del Caudal de la quebrada Aguas Calientes
La parte más alta del Páramo pluvial subandino se caracteriza por los
afloramientos rocosos de la formación Sierra Nevada, los cuales constituyen
una asociación edáfica. El resto del Páramo pluvial andino y todo el bosque
muy húmedo montano conservan a grandes rasgos sus condiciones
climaxicas, la parte más alta del montano se caracteriza por una vegetación
124
de transición entre bosques altos y una vegetación paramera de frailejón
(espeletita sp). El bosque húmedo montano bajo esta intervenido en algunas
porciones de menor altitud, dando lugar al bosque secundario, vegetación
pionera y algunas áreas rurales con pastos y cultivos. El bosque húmedo
premontano esta casi totalmente intervenido por uso urbano, residencial rural
y vegetación secundaria poco boscosa.
Figura Nº 34. Obsérvese la microcuenca de la quebrada Aguas Calientes y el abanico que da asentamiento a los sectores Aguas Calientes, Bella Vista, La Campiña, San Miguel, Carlos Sánchez, Urbanización La Campiña y demás centros poblados urbanos de la Parroquia Matriz. Fuente: Propia (2012)
Tiempo de Concentración
Con los datos de la distancia del nivel entre el punto más alto de la
cuenca y el sitio en estudio, la estimación del tiempo de concentración de la
cuenca se define por la siguiente formula:
125
385.03
0195,0H
LTc
Donde:
Tc=Tiempo de concentración en minutos.
L=Longitud del cauce principal en metros.
H=Diferencia de elevación en la cuenca.
Datos:
L=10.45Kms se transforma a mts L= 10450,00mts
H=921,40 mts
min77.6140,921
00,104500195,0
385.03
Tc
horasTc 5,1
Lo que se considera un tiempo de concentración de 1,5horas.
Periodo de retorno.
Con los reportes de crecidas (información emanada por el Ministerio del
Ambiente), se obtiene que en los últimos 25 años, han ocurrido 3 eventos
extraordinarios, el cual se tomo como referencia los datos del río La
Portuguesa, por ser la quebrada Aguas Calientes afluente, aplicando la
fórmula matemática se adquiere el periodo de retorno, pero para este estudio
se considera el valor por tabla de la siguiente manera:
126
Como la quebrada en estudio se encuentra en una zona de alto valor del
suelo y zona histórica, el Periodo de retorno se toma entre 20 a 25 años.
Para verificar el periodo de retorno y conseguir la intensidad máxima, se
debe analizar las precipitaciones de los datos suministrados.
Análisis de la precipitación.
Esta información fue facilitada por el Ministerio del Ambiente y los
Recursos Naturales Renovables, cabe destacar que esta investigación se
tomaron datos de dicha cuenca por pertenecer al afluente de la cuenca del
río la Portuguesa, así como sus factores climatológicos, la precipitación el
cual resulta de especial importancia para los efectos del presente trabajo, la
precipitación media anual aumenta con la altitud desde 1000 mm en la
desembocadura de la quebrada Aguas Calientes, hasta 1980 mm entre las
cotas 1920 y 2000 msnm del sector Santa Rosa de la microcuenca
Albarregas y Portuguesa; luego disminuye con la altitud hasta un mínimo de
1150mm en las nacientes del río Albarregas.
A nivel anual, el sector Santa Rosa representa el centro de frente de lluvia
denominado Páramo de Los Conejos, el cual condiciona la ocurrencia de
tormentas en el área bajo análisis, lluvias que se indican en el (Tabla 10).
Tabla 10: Caudales de crecidas estimados en la cuenca
Microcuenca
Área (Km2)
CN
Gastos de Crecidas (m3/sg) Periodo de Retorno (años)
25 50 100
La Portuguesa- en afluente con Aguas Calientes
26,6
69,4
78,1
104
131
Fuente: Ministerio del Ambiente (2000).
127
Para el cálculo del periodo de retorno se tomaran datos de la estación
Mérida ya que no se tiene datos directos con respecto a las tormentas
presentadas en la microcuenca de estudio. A continuación las precipitaciones
extremas anuales de la tabla 11, de la estación Mérida.
Tabla 11: Precipitaciones extremas en mm/hr en la estación Mérida.
Año 1 hr 3 hr 6 hr 9 hr 12 hr
1986 63,0 27,0 14,0 9,3 7,0
1987 44,00 16,7 8,3 8,0 6,4
1988 55,0 20,0 10,2 6,8 5,1
1989 59,0 24,7 12,8 8,6 6,4
1990 37,0 17,3 9,5 6,4 4,9
1991 60,0 23,0 12,0 8,0 6,0
1992 47,0 19,3 10,0 8,3 6,3
1993 50,0 17,7 8,8 5,9 4,4
1994 40,0 21,3 12,8 8,6 6,4
1995 24,0 15,7 7,8 5,2 3,9
Y 47,90 20,27 10,62 7,51 5,68
δ 12,114 15,7 2,142 1,347 1,029
Fuente: Dirección de Hidrología y Meteorología. Mérida (2009)
Con esta tabla a continuación arrojara el Cálculo del año más
desfavorable que corresponderá, para obtener la intensidad máxima de
diseño. Con ello se necesita la curva I-D-F, se selecciona el P (promedio)
mas desfavorable del año. La ecuación para calcular matemáticamente el Tr
es:
128
dioañosdeestun
hhP
....31
m
nTr
1
Tabla 12: Resultados de las precipitaciones de la estación Mérida
Año P m Tr
1986 24,06 1 10
1987 16,68 8 1,25
1988 19,42 4 2,5
1989 22,3 2, 5
1990 15,02 9 1,11
1991 21,8 3 3,33
1992 18,18 5 2
1993 17,36 7 1,43
1994 17,82 6 1,67
1995 11,32 10 1
Fuente: Propia (2012) De acuerdo a los resultados obtenidos se toma el año más desfavorable
1986, para obtener la intensidad por las horas de cada año es cuestión, para
luego obtener por medio de la Curva I-D-F, la intensidad máxima de diseño.
Entonces tenemos la siguiente tabla 13.
129
Tabla 13: Resultados del año más desfavorable de la estación Mérida
(1986).
horas Precipitaciones mm
I (mm/h)
1 63 63
3 27 9
6 14 2.3
9 9.3 1.03
12 7 0.28
Fuente: Propia (2012)
A continuación se grafica los datos de la tabla 13, y ubicamos con el Tc=
1.5, para hallar la Intensidad máxima de diseño.
130
Grafico 1: Intensidad, Duración y Frecuencia
Fuente: Propia (2012)
Tr= 10 años
131
De acuerdo con el tiempo de concentración (1.50 hr), y un tiempo de
retorno de 10 años, los datos arrojados por la curva de Intensidad, Duración
y Frecuencia, indica que la intensidad de precipitación resultó 22 mm/hr
22mm/h * 2.78l/s/ha = 61.16 l/s/ha
Cálculo del Coeficiente de Escorrentía: Este coeficiente depende del
tipo suelo, la pendiente del terreno, y del tipo de cobertura vegetal del área
en estudio. Los valores típicos están indicados en el (Tabla 14)
Tabla 14. Coeficiente de Escorrentía
Fuente: Andueza P. (1989).
En la Tabla 14, con el valor de pendiente P = 12% obtenido, el cual se
encuentra entre los parámetros 5% y 20%, y seleccionando el tipo de suelo y
Cobertura
vegetal
Tipo de suelo
Pendiente del terreno
Pronunciada >50%
Alta 20% y 50%
Media 5% y 20%
Suave 1% y
5%
Despreciable 0% y 1%
Sin vegetación
Impermeable Semipermeable
permeable
0.80 0.70 0.50
0.75 0.65 0.45
0.70 0.60 0.40
0.65 0.55 0.35
0.60 0.50 0.30
Pastos vegetación
ligera
Impermeable Semipermeable
permeable
0.65 0.55 0.35
0.60 0.50 0.30
0.55 0.45 0.25
0.50 0.40 0.20
0.45 0.35 0.15
Hierba grama
Impermeable Semipermeable
permeable
0.60 0.50 0.30
0.55 0.45 0.25
0.50 0.40 0.20
0.35 0.35 0.15
0.30 0.30 0.10
Bosques, densa
vegetación
Impermeable Semipermeable
permeable
0.55 0.45 0.25
0.50 0.40 0.20
0.45 0.35 0.15
0.40 0.30 0.10
0.35 0.25 0.05
132
su cobertura vegetal, de acuerdo a lo observado en sitio, se asumió un C=
0,25. Para efecto de este proyecto.
C = 0.25
Diseño del Caudal: Para el cálculo de caudal (Q) de Diseño, se utilizó el
Método Racional, el cual está definido por la siguiente ecuación:
Capacidad hidráulica
La finalidad fue verificar en algunas secciones de flujo del trayecto
urbano, consideradas como críticas su capacidad hidráulica. Este análisis
además de haber proporcionado una visión cuantitativa, ayuda en el estudio
del comportamiento de la quebrada ante desbordes por crecidas.
Donde:
Q= Gasto de Diseño (m3/sg)
C= Coeficiente de Escorrentías. C= 0.25 (Ver tabla 14)
I= Intensidad de Precipitación en (mm/h)
A = Área de la cuenca en estudio.( ha )
La Intensidad de Diseño en m/seg.
El valor de intensidad obtenido anteriormente en mm/ h, se convirtió en
l/sg/ha mediante la siguiente conversión de unidades.
I = 22 mm/h x 1mm/h ------- 2,78 l/seg/ha = 61,16 l/seg/ha
Datos:
Q =?
133
C = 0.25
I = 61,16 l/seg/ha
A = 861,81 Ha
CxIxAQ max
Sustituimos los datos en la fórmula de Método Racional y obtenemos el
caudal de la cuenca.
seglhahaxslxQ /07.177.1381.861//16.6125.0max
segmQ /318.13max
Este resultado difiere con los datos de la investigación de Contreras, L
(2005), ya que caudal arrojado fue 2.96 l/seg, utilizando el método
volumétrico y a juicio de la microcuenca Aguas Calientes tiene un área más
pequeña en comparación con la microcuenca La Portuguesa que tiene 3
veces más área. Por lo tanto la información de las estaciones pueden afectar
los resultados ya que no tiene datos actuales para su confiabilidad. También
se puede destacar que la quebrada en cuestión obtuvo precipitaciones
intensas y que podría decirse que fueron máximas para el mes noviembre
del 2008, esta información fue suministrada por INPRADEM.
Tabla 15. Lecturas tomadas en el aforo de la quebrada Aguas Calientes.
lecturas
N° del Afluente
L1 seg L2 seg L3 seg PROMEDIO (seg) Gastos (l/seg)
1 18,55 18,85 18,47 18,623 1.0739
2 66,69 65 67,52 66,403 0.3012
3 35,97 36,17 35 35,713 0.5600
4 22,73 22,5 23 22,743 0.8794
5 131,55 130,99 127,64 130,060 0.1538
TOTAL 2.9683
Fuente: Contreras, L (2005)
134
Tabla 16: Cálculo Hidrológico del Caudal por el Método Racional
Área
delimitada
Tiempo de
concentración Tc
Coeficiente
de escorrentía
“C”
Intensidad
de lluvias
Duración ó periodo
de retorno
Método
Racional Q
A = 861.81 ha
Tc=61.77 min se tomo un
Tc = 1,5. hora
C= 0,25
I=22.00 mm/h
10 años
Q= 13.18
m3/sg Fuente: Propia (2012)
Relación Altura – Caudal
Para el cálculo de la altura-caudal, se utilizará la ecuación de Manning:
2/13/21xSxAxR
nQ
Donde:
Q= Caudal en segm /3
n=Coeficiente de Manning.
A=área de la sección transversal mojada.
R=Radio Hidráulico = A/P
P=Perímetro mojado.
S=Pendiente de La línea de energía = pendiente longitudinal del canal.
Se ha estimado un valor “n” (coeficiente de rugosidad) de 0,040
debido a las condiciones de rugosidad en el cauce.
135
Ecuación de Cowar
mmnnnnnn )543210(
no = en función del tipo del material. (grava fina 0.024).
n1 = en función del fondo del río. (moderado 0.010).
n2 = en función variación forma, tamaño y forma sección. (alterada 0.010).
n3 = en función obstrucción. (apreciable 0.025).
n4 = en función de la vegetación. (alto 0.025).
m5 = en función de meandros. (apreciable 1).
n = (0.024 + 0.010 + 0.010+ 0.025+0.025 + 1 )
n = 1.094
Método Sección de Pendiente
Es unos de los métodos más utilizados en los lugares donde no es posible
recabar información suficiente para un cálculo confiable.
Para obtener la crecida máxima se procede a definir una altura de
crecida, se obtiene el valor del área de influencia de cada sección parcial.
P = h / d (x 100)
P = (3 m / 32,79 m) x 100
P = 7.93 %
Figura 35. Área de la Sección de la Quebrada Fuente: Propia (2012)
136
A1 = (d1 / 2 + d2 / 2) * H1
A2 = (d2 / 2 + d3 / 2) * H2
AT = A1 + A2
Luego se obtiene el valor de la velocidad “v” por medio de la fórmula de
MANNIG:
2/13/21xSxAxR
nV
Donde:
V = velocidad (m /s)
R = radio hidráulico
S = Pendiente
n = coeficiente de rugosidad
Para obtener la pendiente se recurrió a los datos del levantamiento
topográfico. Los datos obtenidos en campo dieron como resultado:
Par obtener la pendiente en porcentaje se debe tener la distancia real
recorrida.
Altura crecida máxima 1.5 m
Figura 36. Área de la Sección 1 Fuente: Propia (2012)
11.40
6.10 2.30 3.00
137
Promedio de altura = (2.41 m + 2.79 m)/2
Promedio de altura = 2.60 m
A1 = (6.10m / 2 + 2.30 m / 2) * 2.41m
A1 = 10.12 m²
Figura 37. Área de la Sección 2 Fuente: Propia (2012)
A2 = (d2 / 2 + d3 / 2) * H2
A2 = (2.10 m / 2 + 2.50 m / 2 ) * 2.79 m
A2 = 6.42 m²
AT = A1 + A2
AT = 10.12 m² + 6.42 m²
AT = 16.54 m²
Área de desalojo 16.54 m ²
Cálculo del Caudal Máximo
Datos:
Área = 16.54 m²
Perímetro mojado = 10.10 m
Cálculos:
2.50 2.10 2.00
6.60
138
R = A / P.M. = 16.54 / 10.10 = 1.6376
V = 1 / 1.094 * 1.6376 ˆ(2 / 3) *0.0793 ˆ (1 / 2) = 0.36 m / s
Altura de agua:
H = (a x 2) / b
H = (16.54 mt x 2) / 9 mt
H = 3.68 mt
Esta es el área que debe haber entre la cota del caudal y la cota superior
del muro de diseño.
Análisis de las características del suelo del área en estudio
Los siguientes datos del estudio de suelo fueron aportados por el
departamento de Laboratorio Suelos, concreto y asfalto Mérida.
Este estudio de suelo es el que va aportar gran información a los datos
para el cálculo del muro a seleccionar, y con ello poder determinar la
propuesta del sistema de protección más apto para el mejoramiento de la
vulnerabilidad y socavación del talud. Estos resultados se explicaran en la
siguiente tabla de acuerdo a las especificaciones de los ensayos, basándose
en las normas Covenin (2000-88).
Ensayo de Límites de Consistencia ASTM D 4318
Ensayo de Granulometría por Tamizado ASTM C136
Ensayo de Límites de Consistencia ASTM D 4318: Los límites de
consistencia de los suelos cohesivos son índices muy importantes para la
clasificación y por su relación con el comportamiento mecánico e hidráulico.
139
La determinación de la proporción de arcilla por medio de análisis
granulométrico es imprecisa dada la forma laminar de sus granos, razón por
la cual se prefiere determinar la consistencia. La consistencia mide la
plasticidad de un suelo cohesivo y la plasticidad la proporciona la cantidad de
arcilla que el mismo contenga.
El límite líquido (LL): Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un
procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser
moldeada.
El Límite Plástico (LP): de un suelo es el menor contenido de humedad
determinado, de acuerdo con el método bajo el cual el suelo permanece
plástico. Las arenas no tienen plasticidad, los limos tienen pero muy poca, en
cambio las arcillas, y sobre todo aquellas ricas en materia son muy plásticas.
IP = LL – LP
Donde:
LL = Límite líquido.
LP = Límite plástico.
IP = Índice plástico.
Ensayo de Granulometría por Tamizado ASTM C136: El propósito del
análisis granulométrico por tamizado, es determinar cuantitativamente la
distribución de los diferentes tamaños de las partículas del suelo. Asimismo,
expresa que este ensayo granulométrico por tamizado sirve para separar en
diferentes fracciones los granos de tamaño superior a 0.075 mm. (Tamiz Nº
200), estos son los elementos arenas, gravas y fragmentos de roca.
Fo = 100 / Peso total de la muestra
140
Donde:
% Retenido = Fo x peso retenido
Otro dato expresado en la tabla 4 corresponde al porcentaje retenido
acumulado, el cual depende del porcentaje retenido acumulado (% ret acum),
este se obtuvo de la siguiente manera:
% Ret. Acumulado = % ret ant + % Ret Acumulado
El porcentaje pasante se determinó de acuerdo a la siguiente fórmula:
% Pasante = 100 - % Ret Acumulado
El resultado de este ensayo se presenta a continuación:
Fo = 100 / 4764 = 0.0209907
141
Tabla 17: Ensayo de Granulometría por Tamizado ASTM C136
Fuente: Laboratorios de Suelos, concreto y asfalto Mérida (2010).
DESIGN DEL
TAMIZ US
A PESO
RETENIDO GR
B % RETENIDO
% MAS
GRUESO
% MAS FINO
TA
MIZ
AD
O U
SA
ND
O E
L P
.T.M
Piedra o cantos
4”
3”
GR
AV
A GR
UE
SA
2 ½”
2” 1808,00 3,31 3,31 96,69
1 ½” 1022,00 1,87 5,18 94,82
1” 2680.00 4,90 10,08 89,92
¾” 2200.00 4,03 14,11 85,89
FIN
A
½”
3/8” 7321.00 13,40 27,51 72,49
¼”
N°4 7115,00 13,02 40,53 59,47
TA
MIZ
AD
O C
ON
FR
AC
CIÓ
N M
EN
OR
QU
E
P.T
.M
AR
EN
A
GR
UE
SA
N°8
N°10 177,60 14,74 55,27 44,73
ME
DIA
N°16
N°20
N°30
N°40 321,40 26,67 81,94 18,06
FIN
A
N°50
N°60
N°80
N°100
N°200 158,10 13,12 95,06 4,94
Pasa 200 4,94 100 0,00
142
Con los resultados obtenidos se conocieron las propiedades del suelo de
la zona en estudio, propiedades tales como: los límites e índices de
consistencia y la granulometría. Los resultados obtenidos en los ensayos de
suelos son analizados tomando en cuenta las clasificaciones de suelo de la
American Society for Testing Materials (ASTM) y de la American
Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).
Seguidamente, se presenta un resumen de los datos obtenidos en los
ensayos y utilizados para determinar el tipo de suelo de la zona en estudio.
Tabla 18. Granulometría, Límite Líquido, y Compactación.
Material: Muestra:
% Grava 40,53
% Arena 54,53
% Finos 4,94
Límite líquido (%) 21,09
Limite plástico NA
Índice de plástico NA
Densidad Máxima Seca kg/m3 2058
Humedad óptima (%) 6,51
Gravedad especifica del suelo (Gs) 2,38
Fuente: Laboratorios de Suelos de Suelo, concreto y asfalto Mérida (2010).
Por último, con estos valores suministrados y los porcentajes indicados a
continuación en la clasificación de suelos de la American Association of State
Highway and Transportation Officials (AASHTO); se determinó el tipo de
suelo.
En el caso de la zona en estudio, se determinó la presencia de un suelo
A-1-a(0), compuesto de fragmento de piedra, grava y arena. Dicho suelo
presenta según la tabla de clasificación (ver anexo B), el cual significa que
para terreno de fundación es de excelente a bueno, es un material formados
143
predomínate por piedra o grava, con o sin material ligante. En cuanto a la
clasificación del Sistema Unificado Clasificación de Suelo (SUCS); arroja que
un suelo de baja plasticidad y comprensibilidad de acuerdo a la carta de
plasticidad, teniendo un suelo arena y limos, que se denota con las siglas
(SM).
Tabla 19. Clasificación Generales del Tipo de Suelo en Estudio.
Símbolo Grupo SM
Nombre Clásico Arena limosa, mezcla de arena limo
Valor como terreno de apoyo Mediano a bueno
Valor como sub-base: Mediano a bueno
Valor como base Pobre
Características de drenaje Pobre a mediano
Densidad seca 1.60 a 2.08 Tn/m3
CBR 15-40
Modulo K 5536-8304 (Tn/m3)
Valor como cimentación Bueno a pobre
Capacidad de carga Alta a media
Riesgo de asentamiento Bajo
Riesgo al deslizamiento de talud Bajo
Angulo de fricción interno 29°
Coeficiente cohesión 0.65
Fuente: Propia (2012).
144
Realización de Estudio Topográfico El estudio topográfico de la zona fue realizado en el sitio, el procedimiento
a realizar para el levantamiento topográfico es el siguiente: se tomo un punto
de referencia que la cota que hay en el sitio en estudio, determinar un lugar
estratégico que permitió tomar las mediciones necesarias para construir el
plano topográfico. Luego se instalaron los equipos a utilizar (mira, el nivel, la
cinta métrica y el teodolito). El topógrafo sitúa el teodolito en un punto
estratégico que le permita tomar los datos básicos del terreno como lo son:
las distancias, ángulos, coordenadas de estaciones.
Al terminar el trabajo de campo, se procedió a realizar las labores de
gabinete que consiste en plasmar los datos obtenidos en un papel para
construir planos construyendo así, los planos topográficos los cuales fueron
de gran utilidad ya que proporcionaron información sobre la configuración del
terreno y de los elementos como lo son: el urbanismo su naturales, el curso
de agua, en este caso la quebrada Aguas Calientes aguas arriba y aguas
abajo, curvas de nivel y coordenadas de la zona en estudio, se localizaron a
través de medidas que se representan en un papel para planos para
configurar un mapa topográfico (puntos y cursos de agua), relieve general y
su morfología, accesibilidad a la traza para planificar la campaña de
reconocimientos.
A continuación se presentan las coordenadas de estación obtenidas en la
siguiente (Tabla N° 20):
145
Tabla 20: Coordenadas de estaciones
PUNTOS ESTE NORTE COTA
P27 945984.94 19252490.78 1178.60
P26 945984.21 19252485.56 1178.50
P25 945982.62 1952480.86 1178.46
P24 945980.84 19252475.61 1178.44
P23 945985.34 19252465.50 1178.30
P22 945985.72 19252455.70 1178.20
P21 945984.07 19252445.66 1178.00
P20 945988.50 19252435.58 1177.96
P19 945990.31 19252434.03 1177.93
P18 945991.86 19252432.71 1177.88
P17 945992.34 19252430.69 1177.80
P16 945992.73 19252426.69 1177.77
P15 945992.73 19252422.69 1177.74
P14 945993.44 19252418.56 1177.68
P13 945997.89 19252479.90 1181.38
P12 945997.88 19252418.80 1181.20
P11 946002.89 19252418.80 1181.20
P10 946002.89 19252432.80 1181.20
P09 945997.89 19252432.80 1181.20
P08 946002.89 19252471.40 1181.45
P07 946002.89 19252479.90 1181.45
P06 946002.89 19252483.40 1181.45
P05 945997.89 19252470.30 1181.38
P04 945997.89 19252444.61 1181.38
P03 945997.89 19252433.40 1181.12
P02 946002.00 19252467.20 1181.30
P01 946002.00 19252437.00 1181.20 Fuente: Propia (2012).
Cabe destacar, que para seleccionar la referencia de la altura aproximada
del muro se tomaron algunas cotas en distintos puntos con respecto al
caudal de la quebrada Aguas Calientes, para ello se tomó como punto de
146
referencia el urbanismo existente, se observe el plano topográfico.(ver
anexo).
Tabla N° 21. Cálculos del Perfil Longitudinal de la Quebrada Aguas Calientes en el sitio de estudio.
PTOS Distancia
(m)
COTA EJE DE LA
QUEBRADA (m.s.n.m)
P0 a P27 4.89 1178.60
P27 a P26 5.27 1178.50
P26 a P25 5.25 1178.46
P25 a P24 5.26 1178.44
P24 a P23 11.06 1178.30
P23 a P22 9.81 1178.20
P22 a P21 10.27 1178.00
P21 a P20 10.92 1177.96
P20 a P19 2.38 1177.93
P19 a P18 2.04 1177.88
P18 a P17 2.07 1177.80
P17 a P16 4.02 1177.77
P16 a P15 4.00 1177.74
P15 a P14 4.19 1177.68
Fuente: Propia (2012).
Por otro lado, los datos de la tablaN°21, los puntos mostrados fueron
seleccionado desde aguas arriba de la quebrada, así como agua abajo del
147
mismo, con puntos intermedios para mejor precisión. Para mejor
comprensión ver anexo C de planos.
Tabla N° 22. Cálculos de la Secciones de la Quebrada Aguas Calientes en el sitio de estudio.
CORTES COTAS (m.s.n.m)
Altura Talud (Δm)
Distancia
Horizontal
del pie
talud/corona
(m)
Pendiente
margen
izquierdo
(%)
A a A´ 1181-1178 3.00 1.47 204.08
B a B´ 1181- 1178 3.00 1.61 186.34
C a C´ 1181 -1178 3.00 1.77 169.49
D a D´ 1181 -1178 3.00 1.73 173.41
E a E´ 1181 -1178 3.00 1.87 160.43
F a F´ 1180.75 -
1178 2.75 4.76 57.77
G a G´ 1180.75 -1178.25
2.50 5.04 49.60
H a H´ 1180.75 -1178.25
2.50 6.03 41.46
I a I´ 1180.50 -1178.50
2.00 4.35 45.98
J a J´ 1180.75 -1178.50
2.00 7.25 27.59
K a K´ 1180.75 -1178.50
2.00 8.70 22.99
L a L´ 1181 -
1178.50 2.50 8.82 28.35
Fuente: Propia (2012).
También conviene destacar, en la tabla N° 22, donde arroja pendientes
variadas, esto quiere decir que la topografía a sido modificada no solo por los
148
fenómenos naturales sino por el hombre para el asentamiento urbano, se
debe considerar para este estudio estos datos, ya que son de suma
importancia, el cual ayudara a seleccionar el sistema de protección más
idóneo. En relación a la diferencia de cota con respecto al talud se tiene una
altura de 3,00 mts siendo esta la más alta y critica.
Selección del tipo de muro de contención
Existen gran variedad de muros, como se describieron en el capitulo II,
para hacer mención, uno de ellos es el muro de gaviones, es muy económico
porque la materia prima para su construcción son cestas de alambre y rocas
de poco tamaño, se descarta la posibilidad de realizar este muro porque
cuando se produzca la crecida del río, comenzara a romper la cesta de
alambre por el impacto que se generara a causa de el lodo, rocas, arboles
entre otros que este arrastre y destruiría el mismo.
Otro que se encuentra en cuanto a costo se refiere es el muro ciclópeo
también conocido como muro de gravedad, es resistente a los impactos y
deslizamientos, su materia prima es el 60% de rocas seleccionadas y el 40%
de concreto (puede ser concreto pobre), el rendimiento en la ejecución es
bueno, este sería un buen muro para la estabilización del talud.
A hora bien, se puede mencionar otro tipo de muro como lo es el muro de
concreto armado (Cantilever), es resistente a la compresión y no a los
impactos como el muro ciclópeo, su materia prima (Acero de refuerzo y
concreto) hace que su costo aumente en gran proporción y el rendimiento en
ejecución es más prolongado.
Realizado el análisis con los muros más utilizados en las obras hidráulicas
en cuanto a construcción se refiere, entonces se sugiere utilizar para el
proyecto el muro ciclópeo por sus características de comportamiento, costos,
rapidez y rendimiento. Por lo tanto se justifica la presentación de los cálculos
149
del Muro Ciclópeo para el socavamiento del talud natural existente de la
quebrada Aguas Calientes de la zona en estudio.
Identificación de Efectos del Proyecto.
La construcción de muros en la quebrada Aguas Calientes del sector
Aguas Calientes de Ejido, pueden producir impactos ambientales de menor
magnitud, se relacionan con su ejecución y posterior operación, como son:
movimiento de tierra, circulación de maquinaria durante la fase de
construcción, presencia en el área de personal obrero con características
socioculturales diferentes, construcción de la vialidad de acceso, depósito de
materiales de construcción, recolección, conducción del cauce del río.
Efectos Sobre el Medio Socioeconómico
En el actual estudio de impacto ambiental y sociocultural, relacionado con
las obras hidráulicas con muros de contención para el control del cause de
la quebrada en cuestión, puede tener repercusiones diversas, tanto en la
estructura como en la dinámica del área en estudio, y que va más allá del
efecto sobre un trazado espacial específico, generando mayormente cambios
inducidos por el nuevo proyecto en los patrones de comportamiento de
sectores urbanos muy relacionados a la actividad comercial o residencial.
A continuación se presentan los posibles impactos directos e indirectos
generados por actividades previstas en el diseño, se destaca que en los
aspectos socioeconómicos puede diferenciarse impactos negativos y
positivos inducidos por la construcción y operación de la obras civil en
cuestión, siendo estos últimos, los avales para la justificación de la obra
proyectada.
150
Los impactos identificados en el medio socioeconómico se presentan a
continuación, de manera tal que reflejan su interrelación, entendido, que a
partir de un impacto directo se genera una cadena de impactos indirectos
que, en algunos casos, incluye impactos positivos y negativos, a un mismo
tiempo.
Etapa de Construcción:
Molestias a los habitantes del sector.
Molestias al tránsito vehicular en la vía principal al sector Aguas
Calientes
Generación de empleo directo e indirecto.
Etapa de Operación:
Generación de empleo directo e indirecto en la ejecución de la obra
(vigilantes, obreros, mano de obra calificada).
Revalorización visual del sector.
Mejora en la calidad de vida de quiénes obtendrán empleo.
Efectos en el Medio Físico Natural.
Activación de procesos erosivos por movimiento de tierra.
Disminución de las socavaciones y asentamientos.
151
Discusión de los resultados
El trabajo se realizo mediante una serie de fases, en el diagnostico de la
situación actual de la quebrada Aguas Calientes se observo las condiciones
en que viven las personas del sector, ya que se encuentran a escasos
metros del cauce y cuando este crese por causa de las precipitaciones,
coloca en alto riesgo a la población, en el estudio hidrológico se obtuvieron
los reportes del aumento del caudal, por su gran magnitud se consideran
que la zona está en alto riesgo y así mismo lo ratifica INPRADEM, cuando
declaro zona de alto riego, también se recaudaron una serie de datos para
realizar los cálculos de caudal, escorrentía, pendiente y tiempo de retorno,
además se analizó el estudio de suelo para corroborar que se pueda
construir, logrados estos fundamentos se justifica la construcción de un Obra
Hidráulica con Muros de Contención para mitigar la socavación y el control
del caudal y a su vez impacto ambiental.
152
Propuesta
“ESTABILIZACIÓN DE TALUDES, URBANIZACIÓN LA PRADERA,
PARROQUIA MATRIZ, SECTOR AGUAS CALIENTES, MUNICIPIO
CAMPO ELÍAS, EJIDO ESTADO MÉRIDA”
Autora: Esmeralda Rivas C.I. 13.499.592
Mérida, Enero de 2012
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MÉRIDA
ESCUELA: INGENIERÍA CIVIL
dd EXTENSIÓN MÉRIDA
153
INDICE
INTRODUCCIÓN……………………………………………………….......
OBJETIVO GENERAL……………………………………………………..
JUSTIFICACIÓN……………………………………………………….......
ALCANCE……………………………………………………………….......
DESARROLLO DE LA PROPUESTA……………………………………
Calculo del Muro Ciclópeo…………..…………………………………
Suelo fundación………………………………………………………….
Suelo relleno……………………………………………………………..
Material del muro………………………………………………………..
Empuje de tierra + sobrecarga vehicular…………………………….
Centro de Gravedad…………………………………………………
Sobrecarga Vehicular (q)…………………………………………...
Total de sobrecarga…………………………………………………
Peso del relleno (Wr)……………………………………………………
Coeficiente de empuje activo (Ka)………………………………….....
Empuje activo de la tierra (Es)…………………………………………
Empuje de sobrecarga (Es)…………………………………………….
153
154
154
155
156
157
158
158
158
158
158
158
159
159
159
159
159
154
Empuje total (Ea + Es)…………………………………………………..
Resultante de la Fuerza Vertical (Rv)…………………………………
Fuerza de rose (Fr)……………………………………………………...
Factor de Seguridad contra el deslizamiento ( FSd)………………...
Momento al Volcamiento (Mv)………………………………………….
Momento al Estabilizante (Me)…………………………………………
Factor de Seguridad al volcamiento (FSv)……………………………
Esfuerzo admisible del suelo de fundación (σadm)…………………...
Punto de aplicación de la fuerza resultante (Xr)…………………………….
Excentricidad de la fuerza resultante (ex)…………………………….
Presión de contacto muro-suelo de fundación (σmax y σmin)………..
159
160
160
160
160
161
161
161
161
161
161
155
INTRODUCCIÓN
El cálculo de un muro está sustentado por una serie de información
para poder realizarlo, tal es el caso del muro ciclópeo que requiere de datos
como el suelo de fundación, suelo de relleno, material del muro, condiciones
del sitio y las dimensiones del mismo, como lo son el ancho de la zapata, alto
de la zapata, alto de la pantalla, ancho del fuste, ancho de la corona, ancho
de la puntera y ancho del talón. Se toman en consideración varios puntos,
entre ellos tenemos el empuje de tierra más sobrecarga vehicular para
obtener el centro de gravedad y la sobrecarga vehicular, con estos datos se
alcanza el total de sobrecarga.
Para continuar con el cálculo se usaran una serie de fórmulas para
consignar los resultados. El objetivo de estas fórmulas matemáticas es
determinar que se cumplan con algunos factores de seguridad según las
normas.
En realidad lo que se requiere son las dimensiones del muro y el
material que se va a utilizar.
156
Objetivo General
La siguiente propuesta tiene como objetivo fundamental diseñar un muro
de protección adecuado a las condiciones físicas del sitio La siguiente
propuesta tiene como objetivo principal plantear obra de protección hidráulica
adecuado a las circunstancias físicas, mecánicas de la zona, como lo es la
estabilización de taludes, ubicado en la Urbanización La Pradera, parroquia
Matriz, sector Aguas Calientes del Municipio Campo Elías de Ejido Estado
Mérida, mediante el método estándar y normas vigentes, para la mitigación
del movimiento de la masa de suelo y socavación del talud, el cual compone
la base de algunas de las viviendas de este sector en estudio y poder
beneficiar del mismo modo a la comunidad.
Justificación
Con esto se plantea el diseño de una obra de contención siendo esta la
más adecuada, previamente estudiada y realizada la investigación con el
propósito de proteger la microcuenca de la quebrada Aguas Calientes, en la
parte baja del sector Aguas Calientes.
Motivado a la necesidad de proteger, mitigar y resguardar la vida de los
habitantes en especial el sector estudiado se plantea la alternativa del muro
más factible para tan grave problema como es la desestabilización del talud
natural del sitio en cuestión, de igual modo se esboza la propuesta para la
aplicación del muro de concreto ciclópeo, ya que el mismo es el que presenta
las características de diseño más apropiadas a las condiciones y
dimensiones que presenta el sector.
Durante la investigación realizada y después de estudiarse todos los
aspectos físicos mediante las observaciones directas en campo, el estudio
157
topográfico, el estudio de suelo, y todos aquellos aspectos importantes que
pudieran afectar la zona estudiada, permitió plantear la solución más
probable ante la problemática presente que afecta de manera directa a los
habitantes de la parte baja del sector Aguas Calientes.
Frente a esta situación, se considera la necesidad de desarrollarse esta
propuesta, siendo este el muro más indicado que va impedir el deslizamiento
de tierra del talud del sitio, y del mismo modo impedir el daño a los
habitantes de este sector, ya que les brindará bienestar y lo más importante
la seguridad a los mismos.
Alcances
Este proyecto de investigación tiene la importancia de solucionar la
problemática del sector en estudio, por tal razón esta propuesta plantea el
diseño de un muro de contención de acuerdo a la característica físico,
mecánicos, geomorfológicos, topográficos, entre otros; de la zona. Con el
objeto que los entes gubernamentales y la comunidad tomen carta en el
asunto y sectores aledaños.
La implementación de esta propuesta es que sea desarrollada, bien sea a
corto o mediano plazo, ya que como se menciono anteriormente es una
solución factible que abarata costo en cuanto a la mezcla, de fácil y rápida
ejecución, y que también es importante destacar que se adapta al tipo de
suelo existente, son efectivos para estabilizar. Logrando cubrir la
necesidades de una comunidad y el impacto ambiental que pueda generar
un deslizamiento de tierra.
158
DESARROLLO DE LA PROPUESTA
Esta propuesta se fundamentó en una obra de contención del tipo muro
ciclópeo para el control del caudal de la quebrada Aguas Calientes. Se tomo
en cuenta el diagnostico del sector por medio de una observación en el sitio,
se apoyó en el estudio topográfico, de suelo para comprobar el problema
que genera la quebrada o a la comunidad, de este modo se procedió al
cálculo del sistema de canalización que se efectuara con muro ciclópeo
como resultado de esta investigación. Del mismo modo, todos los datos
recopilados junto con sus procesos se expresan de acuerdo a los objetivos
específicos y sus fases.
A continuación se presentará el cálculo del muro ciclópeo para la
estabilización de Taludes de la quebrada Aguas Calientes en el sector en
estudio:
159
C≽25 cm
h H
P F T
E
C = 0.40 m P PUNTERA
H = 4.00 m T TALON
B = 2.50 m 1.60 ≼B≼ 2.80 C CORONA
P = 0.50 m 0.63 ≼P≼ F PANTALLA O FUSTE
F = 0.80 m F≽ 0.40
T = 1.20 m T= 1.20
E = 1.00 m E≽ 0.40
h= 3.00 m
C
B
PANTALLA
ZAPATA
0.4H ≼ B≼ 0.7H
0.30 ≽ 0.25
Calculo del Muro Ciclópeo
160
3.00
4.00
1.00
O
ɤ = kg/m3 ɤ = kg/m
3f `c = 180 kg/cm
2
Df = 3.00 m ∅ = 350
f y = kg/cm2
∅ = 290
C = 0.120 kg/cm2
ɤc = kg/m3
C = 0.650 kg/cm2
ɤp = kg/m3
qult = 6.00 kg/cm2
CASO 1: EMPUJE DE TIERRA + SOBRECARGA VEHICULAR
Ʃ =
Peso Propio ( P.P ): P.P = kg/m
Centro de Gravedad:
Xcg = = 1.0663 m Ycg = = 1.27 m
Sobrecarga Vehicular ( q ):
q = ɤx Hs Hs = 0.60 AASHTO 2002
q = x 0.60 = kg/m2
0.40
4200.00
2400.00
3.00 0.50 0.40 0.40 1.20
0.80
2.50
suelo fundacion suelo relleno material del muro
2018.00 2018.00
Peso y momento estabilizante por 1 m de longitud de muro
1200.00
FIGURA
BRAZO X
( m )
BRAZO Y (
m )
PESO (
kg/m)
PESO x BRAZO X ( kg-
m/m )
PESO x BRAZO Y (
kg-m/m )
1 1.25 0.50 6,000.00 7,500.00 3,000.00
3 1.03 2.00 1,440.00
2,016.00 7,200.002 0.70 2.50 2,880.00
1,488.00 2,880.00
10,320.00 11,004.00 13,080.00
10,320.00
2018.00 1210.80
13,080.00
10,320.00 10,320.00
11,004.00
32
1
161
Total de Sobre Carga ( Ws ):
Ws =
Ws = x ( 1.20 + 0.40 ) = kg/m
Aplicada a X = 1.70 m
Peso del Relleno ( Wr ):
Vr= 3.00 x 1.20 x 1.00 = 3.60 m3/m
Vr= 3.00 x 0.40 x 1.00 = 0.60 m3/m
Wr = ɤ x Vr= x 4.20 = kg/m
Aplicada a X = 1.90 m
Aplicada a X = 1.17 m
Coeficiente de empuje activo ( Ka ): ∅= 290
0.5061
Ka= = =
Empuje activo de la tierra ( Ea ):
Ea = (1/2 x ɤ x H2 ) x Ka
ɤ= kg/m3
Ea = kg/m
H = 4.00 m
Ka=
Aplicada a Y = 1.33 m
Empuje de sobre Carga ( Es ):
Es = q x H x Ka Es = x 4.00 x = 1695 kg/m
Aplicada a Y = 2.00 m
Empuje Total ( Ea + s ):
Ea + s = Ea + Es kg/m
q x ( C + T )
1210.80
1 - sen ∅ 1-sen 29 0.350
1,937.28
Volumen ( Vr): Vr= h x T x 1 m
2
2018.00 8,475.60
1 + sen ∅ 1 + sen 29
2018.00 5650.40
0.350
1210.80 0.350
Ea + s = 7345.52
162
Resultante de las Fuerzas Verticales ( Rv ):
Rv = P.P + Wr + Wa Rv = kg/m
Ws =
1.70
Wr
Es =
Wr
Ea =
P.P=
1.07
1.27
Empuje Activo Vertical ( Eav ): Eav =
Empuje Pasivo ( Ep ): Ep =
Empuje Horizontal ( Eh): Eh= Eh= + -
Eh= kg/m
Fuerza de roce ( Fr ):
Angulo de fricion suelo-muro ∅= 290
δ= 2/3 ∅ δ= 19.330
0.33743
C´= 0.50 C C´= 0.33 kg/cm2
kg/m2
μ = Tang ( δ ) μ = 0.35
Fr = μ x ( Rv + Eav ) + C´ x B + Ep
Fr = 0.35 x ( + 2018.00 ) + x 2.50 + 3178.35 = kg/m
Factor de Seguridad contra el deslizamiento ( FSd):
FSd= Fr = = 4.63 ≽ 1.50 (O.K)
Eh
Momento al Volcamiento (Mv):
Mv= Ea x Ya + Es x Ys Mv= x 1.33 + x 2.00
Mv= kg-m/m
20,732.88
1,937.28
1210.8
1.17
2.00
1.50
1.33
1695.12
7264.8
1.90
5650.40
10,320.00
4,167.17
2018.00
3178.35
Ea + Es 5650.40
19,285.46
19,285.46
1695.12 3178.35
4,167.17
3,250.00
20,732.88 3250.00
5650.40 1695.12
10,924.11
163
Momento al Estabilizante (Me):
Me= Ws x Xs + Wr x Xr + P.P x Xp.p
Me= kg-m/m
Factor de Seguridad al volcamiento (FSv):
FSv= Me FSv= = 2.70 ≽ 1.50 (O.K)
Mv
Esfuerzo admisible del suelo de fundacion (σadm):
FScap portante ≽ 2
σadm= qult qult = 6.00 kg/cm2
σadm= 6.00 = 3.00 kg/cm2
FScap portante 2
σadm= kg/m2
Punto de aplicación de la fuerza resultante (Xr):
Xr= Xr= - = 0.897 m
Excentricidad de la fuerza resultante (ex):
ex= ( B/2 - Xr) ex= 2.50 - 0.89659 = 0.3534 m
2
caso de carga: ex ≼ B/6 #####
0.3534 ≼ 0.41667
Presion de contacto muro-suelo de fundacion (σmax y σmin)
σmax = Rv/B X(1+ (6Xex/ B)) σmax = kg/m2
σmin = Rv/B X(1- (6Xex/ B)) σmin = kg/m2
≼ σadm ≼ (O.K)
29,513.10
29,513.10
30000.00
10,924.11
Me - Mv 29,513.10
15,327.18
10,924.11
Rv 20,732.88
σmax 15327.18 30000.00
1,259.13
164
0
Rv=
1259.1315327.18 σmax σmin
20,732.88
0.90
DIMESIONES DEL MURO DE CONCRETO CICLÓPEO
165
Factibilidad de la Propuesta
Finalmente, de acuerdo con los resultados obtenidos del cálculo
propuesto, se observó y se chequeo que el diseño es factible y aplicable, a
esta zona en estudio, ya que soporta las cargas y presentan seguridad al
deslizamiento y al volcamiento en el caso de los estribos, solucionando los
graves problemas de deslizamientos en los taludes presente, siendo estos de
confiabilidad, puesto que fue comprobado con cálculos matemáticos.
Factibilidad Económica
Analizados los costos para la ejecución de un muro a un margen de la
quebrada Aguas Calientes en la urbanización La Pradera, se puede decir,
que económicamente no presenta problema alguno, tomando en cuenta que
los recursos para su construcción son enmarcados por entes
gubernamentales bajando recursos a los consejos comunales. Para la
ejecución de dicha obra se requiere de un financiamiento que alcance el
desarrollo total del mismo, el monto presupuestado es 3.201.293,55 Bs., el
cual incluye el impuesto al valor agregado (I.V.A).
La implantación de dicha obra de contención en el Sector Aguas
Calientes, permitirá mejorar y mitigar los deslizamientos que ocasionan
daños a las viviendas.
Factibilidad Técnica de la Propuesta
La construcción del muro de contención habiendo realizado un buen
diseño no representa dificultad para su construcción, porque se puede
adquirir los materiales en el sitio y/o en las diferentes casas comerciales
cercanas a la zona.
166
Factibilidad Social de la Propuesta
Con este proyecto, se pretende generar empleo directo e indirecto con la
coordinación de profesionales responsable, la ejecución de este diseño se
pretende lograr la tranquilidad a los habitantes del sector en cualquier
momento que se presente el fenómeno de las lluvias y el desempeño
eficiente de las actividades económicas del área.
Factibilidad Ambiental de la Propuesta
Con la construcción de esta obra de contención, si generara impacto pero
para el momento de la ejecución se contará con un plan de protección de las
áreas que serán afectadas, y así minimizar las afecciones.
167
CONCLUSIONES
Los Sectores que se encuentran en la cercanía de la microcuenca Aguas
Calientes se beneficiará con el diseño del muro de contención, ya que
representa una solución adecuada a una de las necesidades más urgentes,
proporcionando la tranquilidad y servicio a los habitantes, así como los
comerciantes que hacen vida en el sector, recordando que la zona según el
recorrido realizado con las planillas de observación de campo se corroboro
que el sector Aguas Caliente es productiva en cuanto al cultivo agrícola en la
parte alta de la cuenca, así como también a la artesanal y que por ende
estas comunidades han estado afectadas por los fenómenos fluviales.
Otro aspecto importante a considerar en esta investigación, son los datos
recopilados, seleccionado y analizados, en lo que respecta a la información
hidrológica y geomorfológica de la microcuenca Aguas Calientes cuenta con
poca información fidedigna para ser mas certeros en los cálculos
matemáticos. Sin embargo con los pocos datos se pudo llegar a determinar
el diseño del muro más adecuado el cual soportará el empuje del agua y los
sedimentos de diferentes tamaños que fluyen por la quebrada mencionada,
para saber las causas que arrojaron datos bastantes favorables y el
cumplimiento de los objetivos, permitiendo de esta manera dar la mejor
solución a tan grave problema como es el caso del socavamiento del talud
natural el cual compone las bases de algunas de las viviendas del sector de
Aguas Calientes específicamente Urbanización La Pradera en riesgo de
deslizamiento.
En este sentido el diseño propuesto para este proyecto es un Muro de
Concreto Ciclópeo, el cual es bastante económico y de rápida ejecución, así
como también es muy estable en talud de poco tamaño y tienen ventajas en
cauces amplios con tirantes pequeños, su efectividad de acuerdo al
168
predimensionado realizado, es una alternativa viable, factible y aplicable en
cualquier zona, en especial la que se estudio, ya que su utilidad es la
corrección de causes como protección del deslizamiento y socavación de
talud, como es el caso en estudio.
Dicho muro está constituido por 40% de piedra y el 60% de concreto, su
característica radica, en que su concreto es de baja resistencia, lo que
permite disminuir su costo por no llevar acero principal y no requerir de mano
de obra especializada.
Así mismo, por su forma y característica, donde se refleja el diseño
particular de este tipo de muro de concreto ciclópeo, corroboro que es
efectivo para la protección del talud, demostrando que con el cálculo
propuesto, se hace efectiva su aplicación, ya que cumple con el objetivo
planteado, viéndose que con este diseño de protección adaptado a las
condiciones, dimensiones y requerimiento de la zona en estudio, se
disminuirá el riesgo de deslizamiento y socavamiento del talud.
Con el chequeo y la efectividad del Muro de Concreto Ciclópeo, el cual es
una estructura que presentan características positivas aplicadas en estos
casos, donde se presentan dimensiones pequeñas y rápidas para dar una
solución ya que el mismo mantiene su estabilidad y eficiencia.
Finalmente este tipo de obra de contención, representa una solución
valida, tomando desde el punto de vista tanto técnico como económico para
la construcción de obras, para cualquier ambiente como es el caso en
estudio de la quebrada Aguas Calientes, en condiciones climáticas y aun en
zonas de poco a difícil acceso.
169
Recomendaciones
De acuerdo a la investigación realizada y luego de haber recabado toda la
información necesaria, y basándose en el análisis y diseño se tiene la
siguientes observaciones.
También sería interesante que actualizaran la cartografía del Estado
Mérida y sus municipios, ya que no se consigue información fidedigna,
para este y otros tipos de estudios
Sería útil hacer algunas recomendaciones a la comunidad en estudio,
para crear conciencia en el momento de realizar construcciones en las
adyacencias de las quebradas y río y evitar la proliferación de
desechos al caudal y orillas del río.
Realizar estudio de crecida y amenaza hidrológica de las microcuenca
en especial la de Aguas Calientes, ya que no la toman en cuenta
como otro afluente del río La Portuguesa.
Los problemas que se presentan a lo largo del trayecto urbano de la
quebrada Aguas Calientes se pueden solucionar, solo se necesita de
acciones que sean efectivas para asegurarla prevención de desastres
y además la recuperación sanitaria y visual del cauce portal motivo se
propone lo siguiente:
Se requiere evaluación e inspección del cauce y de las obras
construidas a lo largo del trayecto urbano, se deben presentar
además, informes de los datos recabados que servirán para el control
y manejo de las áreas más alejadas de la zona de impacto directo.
. Construcción de nuevas obras, como muros en los sitios que sean
necesarios.
170
El objetivo de estas obras es estabilizar el lecho de la corriente de
agua y disminuir la energía cinética del flujo, así como mantener el
agua alejada de las zonas con desarrollos urbanísticos.
. Limpieza del cauce, la cual comprende remover todos los materiales
sólidos que se encuentren en tránsito a lo largo del trayecto y en las
secciones de flujo ya que al disminuir estos baja la capacidad
hidráulica de la quebrada.
También sería de importancia eliminar la maleza en las orillas de la
quebrada por lo menos cada 6 meses.
Control de las aguas servidas, es importante en primer lugar para
mejorar la calidad del agua por el grado de contaminación que
presenta, en segundo lugar, por ser causa de infiltraciones por
tuberías averiadas las cuales causan la saturación de los terrenos,
aumentando su inestabilidad.
Evitar los cortes en los taludes para la construcción de edificaciones,
ya que generan condiciones para la ocurrencia de movimientos de
masa.
En zonas de altas pendientes que fueron deforestadas, se recomienda
la siembra de arbustos o arboles para proteger el talud y evitar la
caída de rocas o posibles movimientos de masa a futuro.
Es importante que las instituciones competentes (Alcaldía), para dar
permisos de construcciones o remodelaciones de viviendas, realicen
las inspecciones siguiendo sus reglamentos y de esta manera las
construcciones se hagan respetando lo previsto en la ley respecto a
las zonas protectoras presentes.
Establecer un programa que contemple educación ambiental y
prevención en caso de emergencias para la población, y así disminuir
el riesgo en la zona.
171
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175
ANEXOS “A”
(Planilla de instrumentación de Campo)
176
177
178
ANEXOS “B”
(Tabla para clasificación de suelo)
179
Tabla Clasification American Association of State Highway and
Transportation Officials (AASHTO).
Fuente: Kraemer y otros, (2004).
180
ANEXOS “C”
(Plano Topográfico)
(Mapas Municipio Campo Elías)
181
MAPA DEL MUNICIPIO CAMPO ELÍAS, INDICANDO LAS CUENCAS QUE SON AFLUENTES DEL RÍO CHAMA.
Delimitación de la microcuenca Aguas Calientes, zona en estudio.
182
183
184
185