Seminario Taller de Geotecnia Vial como Modalidad de grado

Seminario Taller de Geotecnia Vial como Modalidad

de grado

Estudiantes: Moreno Monsalve Daniel Mauricio, Cano Gutiérrez David Felipe

Universidad Cooperativa de Colombia, ingeniería civil

[email protected], [email protected],

Asesores: Oscar Egidio Rodríguez González, Eileen Salgado Correa, Hernando Muñoz Lara

Email: [email protected], [email protected], [email protected],

Universidad Cooperativa de Colombia

Facultad de ingeniería

Medellín

2019

mailto:[email protected]





2

TABLA DE CONTENIDO AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................. 9

RESUMEN .............................................................................................................................................. 10

ABSTRACT ............................................................................................................................................ 10

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 11

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................. 12

OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................................................................... 12

1. MARCO TEORICO ........................................................................................................................... 13

1.1. Análisis de estabilidad ................................................................................................................ 13

1.1.1. Método del equilibrio límite (LEM) ............................................................................................ 13

1.2. Escogencia del factor de seguridad ............................................................................................. 14

1.3. Metodologías de remediación ...................................................................................................... 16

1.4. Prevención ................................................................................................................................. 17

1.4.1. Estrategias para la Prevención ................................................................................................. 17

1.4.2. Elementos para el diseño de la prevención ............................................................................... 19

1.4.3. Restricciones al Desarrollo ...................................................................................................... 19

1.4.4. Regulaciones al Uso de la Tierra .............................................................................................. 19

1.4.5. Códigos de laderas ................................................................................................................. 20

1.4.6. Medidas de Aviso y Alarma ...................................................................................................... 20

1.4.7. Zonificación de Áreas .............................................................................................................. 20

1.4.7.1. Elaboración de mapas de amenaza .......................................................................................... 20

1.4.7.2. Regulaciones en el manejo de aguas ........................................................................................ 21

1.4.8. Remoción de los Materiales Inestables ..................................................................................... 21

1.5. Control de la amenaza ................................................................................................................. 22

1.6. Estabilización ............................................................................................................................. 22

1.6.1. Procedimiento de Estabilización .............................................................................................. 22

1.6.2. Conformación de la superficie ................................................................................................. 23

1.6.3. Muros de Suelo Reforzado (MSE) ............................................................................................. 24

3

1.7. Estructuras de contención ........................................................................................................... 25

1.8. Estructuras de Anclaje o Refuerzo ............................................................................................... 26

1.9. Drenaje y subdrenaje .................................................................................................................. 28

1.10. Mejoramiento de la resistencia del suelo ...................................................................................... 28

1.11. Inyecciones ................................................................................................................................ 29

1.11.1. Inyectabilidad de los materiales ............................................................................................... 29

2. PROYECTO .................................................................................................................................... 31

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................. 31

2.2. JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................................... 31

2.3. ZONA DE ESTUDIO ..................................................................................................................... 32

2.3.1. LOCALIZACIÓN GENEREAL DEL PROYECTO ........................................................................... 32

2.3.2. LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DEL PROYECTO ......................................................................... 33

2.3.3.1. Reconocimiento de la Zona de Estudio ..................................................................................... 33

2.3.3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ............................................................................................... 35

2.4. METODOLOGÍA PARA LA REALIZACIÓN DEL PROYECTO ............................................................ 36

2.5. ENSAYOS DE CAMPO ................................................................................................................. 37

2.5.1. Ubicación Sondeos ................................................................................................................. 39

2.6. GEOLOGÍA REGIONAL ................................................................................................................ 40

2.6.1. Formación Amagá ................................................................................................................... 40

2.6.2. Formación Combia (ngc) ......................................................................................................... 41

2.6.2.1. Porfidos Andesíticos (Ngpa) .................................................................................................... 41

2.7. GEOLOGÍA LOCAL...................................................................................................................... 42

2.7.1. Lleno Heterogéneo: ................................................................................................................. 42

2.7.2. Suelo Residual ........................................................................................................................ 42

2.8. PROCESOS MORFODINÁMICOS .................................................................................................. 43

2.8.1. Año 2013 ................................................................................................................................ 43

2.8.2. Año 2014 ................................................................................................................................ 44

2.8.3. Año 2015 ................................................................................................................................ 44

2.8.4. Año 2016 ................................................................................................................................ 45

2.8.5. Año 2019 ................................................................................................................................ 45

2.9. COMPONENTE GEOTÉCNICO ...................................................................................................... 46

4

2.9.1. Nivel freático ........................................................................................................................... 46

2.9.2. Ensayos de laboratorio ............................................................................................................ 46

2.9.3. Estructura del Suelo ................................................................................................................ 47

2.10. TIPO DE SUELO .......................................................................................................................... 48

3. ANALISIS DE ESTABILIDAD ............................................................................................................ 51

3.1. PARÁMETROS SÍSMICOS SEGÚN LA NSR-10 ............................................................................... 51

3.2. COEFICIENTE SÍSMICO DE DISEÑO HORIZONTAL ....................................................................... 52

3.3. COEFICIENTE SÍSMICO DE DISEÑO VERTICAL ............................................................................ 53

3.4. PERFIL A .................................................................................................................................... 55

3.4.1. Perfil A Estado Natural Análisis Estático .................................................................................. 55

3.4.2. Perfil A Estado Natural Análisis Seudo-Estático ........................................................................ 56

3.4.3. Perfil A Condiciones Proyectadas Estático ............................................................................... 57

3.4.4. Perfil A Condiciones Proyectadas Seudo-Estático .................................................................... 58

3.5. PERFIL B .................................................................................................................................... 59

3.5.1. Perfil B Estado Natural Análisis Estático .................................................................................. 59

3.5.2. Perfil B Estado Natural Análisis Seudo-Estático ........................................................................ 60

3.5.3. Perfil B Condiciones Proyectadas Estático ............................................................................... 61

3.5.4. Perfil B Condiciones Proyectadas Seudo-Estático .................................................................... 62

3.6. Obras de Estabilidad ................................................................................................................... 63

3.7. RECOMENDACIONES.................................................................................................................. 64

4. DISEÑO PAVIMENTO ...................................................................................................................... 65

4.1. GENERALIDADES ....................................................................................................................... 65

4.2. DEFINICIÓN DE PAVIMENTO ....................................................................................................... 65

4.3. Volumen ..................................................................................................................................... 65

4.3.1. Aplicaciones del volumen ........................................................................................................ 66

4.3.2. Tránsito Promedio Diario y Volumen Horario ............................................................................ 66

4.3.3. Composición de los volúmenes. .............................................................................................. 66

4.4. Variaciones de los volúmenes de tránsito. .................................................................................... 67

4.4.1. Variación diaria ....................................................................................................................... 67

4.5. Teoría de flujo de tránsito ............................................................................................................ 67

4.5.1. Naturaleza e interés del tema ................................................................................................... 67

5

4.5.2. Modelos de tránsito. ................................................................................................................ 67

4.6. ESTUDIOS DE TRÁNSITO ............................................................................................................ 68

4.7. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DE LA EXPLANACIÓN Y DE LA CAPA DE SUBRASANTE

68

4.8. EL CLIMA ................................................................................................................................... 69

4.9. FACTORES INTRÍNSECOS ........................................................................................................... 70

4.10. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS ....................................................................................... 70

4.11. DISEÑO DE PAVIMENTO ............................................................................................................. 71

4.11.1. CLASIFICACIÓN DE LOS VEHICULOS EN COLOMBIA ............................................................... 73

4.11.2. CALCULOS ............................................................................................................................. 74

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................................... 85

6

TABLA DE GRÁFICOS

Gráfico 1. Método del equilibrio límite (LEM) último de las rebanadas. Fuente: GeoStru .................................... 14

Gráfico 2. Fases en el diseño, construcción y monitoreo de la remediación de un deslizamiento (Popescu, 2001).

.............................................................................................................................................................. 18

Gráfico 3. Tabla para determinar la distancia “aproximada” a la cual se recomienda colocar los muros alcancía o las

cercas metálicas para el control de los caídos de roca (FHWA, 1988). ............................................................. 23

Gráfico 4. Esquema de un relleno de contrapeso además de una estructura de pilas o pilotes y un sistema de

subdrenaje .............................................................................................................................................. 23

Gráfico 5. Esquema de estabilización utilizando muro MSE. ......................................................................... 24

Gráfico 6. Estructuras de contención para la estabilización de los deslizamientos. ........................................... 25

Gráfico 7. Esquema de las estructuras ancladas. ........................................................................................ 27

Gráfico 8. Sistemas de subdrenaje ............................................................................................................ 28

Gráfico 9. Esquema de un subdrén interceptor y un dren en el afloramiento. ................................................... 30

Gráfico 10. Subdrenes de penetración. ...................................................................................................... 30

Gráfico 11. Localización general de la zona de estudio. Fuente: Alcaldía municipio de Venecia (Modificado). ...... 32

Gráfico 12. Localización de la zona de estudio. Fuente: Google Maps (Modificado.) ......................................... 33

Gráfico 13. Reconocimiento de la Zona de estudio. Fuente: Habitantes del Municipio de Venecia Ant. ................ 34



Gráfico 16. Vista en planta de la primera etapa del proyecto. Fuente: Planos arquitectónicos entregados por el

contratante. ............................................................................................................................................. 35

Gráfico 17. Ejecución de perforación con equipo percusión (SPT). Fuente: Personal de perforación ................... 38



Gráfico 20. Localización en planta de los sondeos exploratorios realizados en la zona de estudio. Fuente:

Modificado del plano arquitectónico entregado por el asesor del seminario de geotecnia vial. .............................. 39

Gráfico 21. Geología Regional .................................................................................................................. 40

Gráfico 22. Lleno Heterogéneo. Fuente: Laboratorios Universidad Cooperativa de Colombia ............................. 42

Gráfico 23. Análisis Morfodinámico del Año 2013. Fuente: Google Earth ........................................................ 43





Gráfico 28. Coeficiente de amplificación Fa y Fv del suelo para la zona de periodos cortos. NSR-10 Titulo A. Figura

A.2.4-1. ................................................................................................................................................... 50

7

Gráfico 29. Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como fracción de g. Fuente: Titulo A- NSR-10 (Figura

A.2.6-1) .................................................................................................................................................. 52

Gráfico 30. Ubicación de los perfiles para el análisis de estabilidad. Fuente: Asesores del seminario de Geotecnia

Víal. ....................................................................................................................................................... 54

Gráfico 31. Perfil A Estado Natural Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06. ...... 55

Gráfico 32. Perfil A Estado Natural Análisis Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.

.............................................................................................................................................................. 56

Gráfico 33. Perfil A Estado Condiciones Proyectadas Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa

Slide V06. ............................................................................................................................................... 57

Gráfico 34. Perfil A Análisis Condiciones proyectadas Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa

Slide V06. ............................................................................................................................................... 58

Gráfico 35. Perfil B Estado Natural Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06. ...... 59

Gráfico 36. Perfil B Estado Natural Análisis Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.

.............................................................................................................................................................. 60

Gráfico 37. Perfil B Estado Análisis Condiciones Proyectadas Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa

Slide V06. ............................................................................................................................................... 61

Gráfico 38. Perfil B Análisis Condiciones Proyectadas Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa

Slide V06. ............................................................................................................................................... 62

Gráfico 39. Esquema Obras de Estabilización. Fuente: Elaboración mediante AutoCAD Modificado en Paint. ...... 63

Gráfico 40. Esquema diseño de muros en suelo mecánicamente estabilizado con geosintéticos Fuente: programa

Geosoft. .................................................................................................................................................. 63

Gráfico 41. Presiones verticales ejercidas por las llantas. Fuente: Hugo León Arenas Lozano. ........................... 65

Gráfico 42. Construcción vial afectada por lluvias. Fuente: Hugo León Arenas Lozano...................................... 69

Gráfico 43. Clasificación de los pavimentos. Fuente: Hugo León Arenas Lozano. ............................................ 70

Gráfico 44. Climograma Venecia. Fuente: Municipio de Venecia ................................................................... 71

Gráfico 45. Temperatura media mensual Municipio de Venecia – Curva de Temperatura Ponderada media mensual

Anual. ..................................................................................................................................................... 72

Gráfico 46. Esquema Clasificación de Vehículos en Colombia. ...................................................................... 73

Gráfico 47. Cálculos de las Condiciones climáticas del municipio de Venecia (Ant). ......................................... 79

Gráfico 48. Estructura de pavimento y opciones de diseño. Fuente: Elaboración propia. ................................... 81

Gráfico 49. Opciones de diseño para la estructura de pavimento. Fuente: Elaboración propia. ......................... 82

Gráfico 50. Esquema de la opción escogida para el diseño de la estructura .................................................... 83

8

TABLAS Tabla 1. Criterios generales para seleccionar un factor de seguridad para el diseño de taludes ........................... 15

Tabla 2. Listado de algunos métodos de remediación de las amenazas por deslizamiento. ................................. 16

Tabla 3. Métodos de prevención para la amenaza o el riesgo a los deslizamientos. ........................................... 17

Tabla 4. Estructuras de control de masas en movimiento. .............................................................................. 21

Tabla 5. Pendientes típicas de taludes estables para varios tipos de material. .................................................. 24

Tabla 6. Métodos de estructuras de contención. ........................................................................................... 26

Tabla 7. Ventajas y desventajas de los diversos tipos de estructura anclada. .................................................... 27

Tabla 8. Métodos de drenaje y subdrenaje................................................................................................... 28

Tabla 9. Métodos para mejorar la resistencia del suelo .................................................................................. 29

Tabla 10. Sondeos exploratorios realizados. Fuente: suministrado por asesor seminario de Geotecnia Víal. ......... 37

Tabla 11. Registro de imágenes analizadas ................................................................................................. 43

Tabla 12. Sondeos exploratorios donde se muestran los niveles freáticos. Fuente: Elaboración propia ................. 46

Tabla 13. Angulo de Fricción de los suelos. Fuente: Elaboración Propia. .......................................................... 47

Tabla 14. Velocidad de onda de corte a partir del valor N del ensayo de penetración estándar, Nspt. Y promedio de

los métodos de Ohba y Toriumi, Ohta y Goto, y Alfaro ................................................................................... 48

Tabla 15. Clasificación del perfil de suelo según la NSR-10. ........................................................................... 48

Tabla 16. Criterios para clasificar suelos NSR-10. ......................................................................................... 50

Tabla 17. Parámetros mecánicos del suelo. ................................................................................................. 52

Tabla 18. Valores de 𝐾𝑆𝑇/𝑎𝑚𝑎𝑥 Mínimos para Análisis Seudo-estático de Taludes. Fuente: Titulo H- NSR-10 .. 53

Tabla 19. Factores de seguridad básicos mínimos directos recomendados por la NSR 10. Fuente: Titulo H- NSR-10

.............................................................................................................................................................. 54

Tabla 20. Porcentaje de Vehículos. ............................................................................................................ 67

Tabla 21. Clima Municipio de Venecia. Fuente: Municipio de Venecia .............................................................. 71

Tabla 22. Tabla Factor de Ponderación ....................................................................................................... 72

Tabla 23. Cálculo TPDS, mediante los aforos. Fuente: suministrados Docente del Seminario de Geotecnia Víal .... 74

Tabla 24. Método de diseño TMA para calcular el % Camión ......................................................................... 75

Tabla 25. Factor Camión. Fuente: Elaboración Propia ................................................................................... 76

Tabla 26. Datos para calcular el N. Fuente: Elaboración Propia ...................................................................... 76

Tabla 27. Cálculo del N ejes. Fuente Elaboración Propia ............................................................................... 77

Tabla 28. Promedios % CBR. Fuente: Elaboración propia .............................................................................. 77

Tabla 29. % CBR DATOS suministrados por la profesora Eileen Salgado. ....................................................... 78

Tabla 30. Datos y resultados de la estructura del pavimento. .......................................................................... 80

9

AGRADECIMIENTOS

Damos gracias a los asesores de la Universidad cooperativa de Colombia a cargo seminario de Geotecnia

Vial, por brindarnos la oportunidad de aprender sobre el procedimiento que se lleva a cabo en la

estabilización de taludes y el diseño de pavimentos.

Gracias a todos los profesores de la facultad de Ingeniería quienes compartieron sus conocimientos

académicos y experiencias de vida, durante la etapa académica.

A nuestros compañeros de estudio, por su gran apoyo y colaboración, y a todas aquellas personas que nos

brindaron su apoyo incondicional para llegar a estas instancias.

Gracias, Universidad Cooperativa de Colombia.

10

RESUMEN

En la práctica de la ingeniería, es común definir la estabilidad de un talud en términos de un Factor de

Seguridad (F.S.), obtenido de un análisis matemático determinístico; cuyos modelos, deben tener en cuenta

la mayoría de los factores que afectan la estabilidad, como son la geometría del talud, parámetros

geológicos, cargas dinámicas por efecto de los sismos, flujos de agua, propiedades de los suelos, etc.

Es por esto, que el presente estudio evalúa la estabilidad para diferentes inclinaciones, del talud de suelos

de origen tropical, ubicado en el Municipio de Venecia Ant, una vía interna de determinado proyecto en el

municipio, aplicando métodos probabilísticos, que estiman no solo el Factor de seguridad, si no la

probabilidad de falla, el índice de confianza y el parámetro del suelo de mayor peso en la estabilidad; con el

fin de determinar el talud de corte más seguro en la ejecución de esta vía interna.

ABSTRACT

In engineering practice, it is common to define the stability of a slope in terms of a Safety Factor (F.S.),

obtained from a deterministic mathematical analysis; whose models must take into account most of the

factors that affect stability, such as slope geometry, geological parameters, dynamic loads due to

earthquakes, water flows, soil properties, etc.

This is why the present study evaluates the stability for different inclinations, of the slope of soils of tropical

origin, located in the Municipality of Venice Ant, an internal route of a certain project in the municipality,

applying probabilistic methods, which estimate not only the Safety Factor, but also the probability of failure,

the index of confidence in the parameter; in order to determine the most secure cutting slope in the execution

of this internal route.

11

INTRODUCCIÓN

El presente documento contiene los resultados del estudio geotécnico realizado en campo y en laboratorio

del análisis de estabilidad para el trazado de vía interna de una unidad de viviendas ubicadas en el casco

urbano del Municipio de Venecia Ant, las obras necesarias para la estabilización del sector.

Las medidas de protección de talud se deterioran después de muchos años, y su

Funcionamiento también gradualmente se reduce. Adicionalmente, las fuerzas externas que no fueron

tomadas en cuenta al momento de la construcción pueden comenzar a actuar y resultan en deformación del

talud. También, los cambios en el terreno debido a habilitaciones vecinas pueden inducir a inestabilidad. La

detección de cambios que pueden causar fallas y las medidas de protección apropiadas son de gran

importancia en el mantenimiento diario de los taludes.

Debido a que las fallas de taludes de carreteras y deslizamientos inducidos por fenómenos naturales como

lluvias fuertes y terremotos a menudo resultan en pérdidas de vida y daños graves a la propiedad, y las

interrupciones asociadas al tráfico ejercen una influencia severa y adversa en las actividades económicas y

sociales, es esencial el establecimiento de normas y guías para prevenir estos desastres y minimizar sus

consecuencias.

Con el fin de encontrar solución a problemas geotécnicos, se realiza el presente análisis de estabilidad

mediante estudios e investigaciones acerca de las propiedades de los suelos en la zona de estudio. Este

estudio e investigación, han permitido caracterizar de una mejor manera el tipo de suelo.

La solución de cada problema requiere un análisis conceptual y determinístico de las causas y mecanismos

del problema y un diseño detallado de la remediación. Uno de los factores más importantes que define l a

alternativa de manejo, es la disponibilidad de recursos. Algunos proyectos disponen de grandes

presupuestos, lo cual permite la construcción de obras de gran magnitud; sin embargo, es muy común que

los recursos económicos sean limitados y se requiera utilizar tecnologías de bajo costo.

12

OBJETIVO GENERAL

Diseñar medidas de prevención, control, remediación y/o estabilización para los niveles de amenaza y riesgo

en la construcción de vías internas de determinada unidad de viviendas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar un análisis conceptual y determinístico de las causas y mecanismos del problema y un

diseño detallado de la remediación.

Tomar decisiones, con base en el análisis de la totalidad de los factores involucrados, teniendo

presente todos los aspectos que involucran la adecuada viabilidad del proyecto.

Estudiar los parámetros de resistencia del suelo mediante el análisis estadístico de los resultados

de investigación arrojados por medio de las pruebas y ensayos realizados en laboratorio, y con los

ensayos de penetración estándar (SPT) que fueron suministrados por los docentes del curso.

Elaborar un diseño que sea efectivo, económico y que se pueda llevar a cabo dentro del tiempo que la emergencia lo requiera.

Identificar como estudiantes la importancia de la geotecnia vial.

13

1. MARCO TEORICO

Por talud se entiende una porción de vertiente natural cuyo perfil original ha sido modificado con

intervenciones artificiales relevantes con respecto a la estabilidad. Por derrumbe se entiende una situación

de inestabilidad que concierne vertientes naturales y comprende considerables espacios de terreno.

(Catanzariti, 2016)

1.1. Análisis de estabilidad

Para resolver un problema de estabilidad es necesario tener en cuenta las ecuaciones de campo y los

vínculos constitutivos. Las primeras tienen que ver con el equilibrio, mientras que los vínculos describen el

comportamiento del terreno. Tales ecuaciones son particularmente complejas ya que los terrenos son

sistemas multifase, que se pueden convertir en sistemas monofase solo en condiciones de terreno seco, o

de análisis en condiciones drenadas.

En la mayor parte de los casos nos encontramos con suelos que además de saturados, son también bifase,

lo que vuelve notoriamente complicado el análisis de las ecuaciones de equilibrio. Además, es prácticamente

imposible definir una ley constitutiva de validez general, ya que los terrenos presentan un comportamiento

no-lineal y aún en caso de pequeñas deformaciones, son anisótropos y su comportamiento depende no solo

del esfuerzo desviador, sino también del normal. Para enfrentar estas dificultades se introducen hipótesis

que ayuden a simplificar:

1. Se usan leyes constitutivas simplificadas: modelo rígido perfectamente plástico. Se asume que la

resistencia del suelo se expresa únicamente con los parámetros cohesión (c) y ángulo de rozamiento

(φ), constantes para el terreno y característicos del estado plástico. Por tanto, se considera válido

el criterio de rotura de Mohr-Coulomb.

2. En algunos casos se satisfacen solo en parte las ecuaciones de equilibrio. (Catanzariti, 2016)

1.1.1. Método del equilibrio límite (LEM)

El método del equilibrio límite consiste en estudiar el equilibrio de un cuerpo rígido, constituido por el talud y

por una superficie de deslizamiento de cualquier forma (línea recta, arco circular, espiral logarítmica). Con

tal equilibrio se calculan las tensiones de corte (τ) y se comparan con la resistencia disponible (τf), calculada

según el criterio de rotura de Coulomb: De tal comparación deriva la primera indicación de estabilidad, con

el coeficiente de seguridad:

𝐹 =𝜏𝑓

𝜏

Entre los métodos del equilibrio último hay algunos que consideran el equilibrio global del cuerpo rígido

(Culman) mientras que otros, por falta de homogeneidad, dividen el cuerpo en rebanadas y consideran el

equilibrio de cada una (Fellenius, Bishop, Janbu, etc.).

14

Gráfico 1. Método del equilibrio límite (LEM) último de las rebanadas. Fuente: GeoStru

1.2. Escogencia del factor de seguridad

La remediación de un deslizamiento o de un talud inestable, generalmente no es una estabilización total y

definitiva, sino relativa y en ciertas condiciones, provisional. Ante esta realidad, es importante determinar

hasta donde se debe llegar en el proceso de remediación. Cornforth (2005) explica que los factores de

seguridad razonables y la magnitud de la estabilización deben determinarse teniendo en cuenta los

siguientes factores:

• El tamaño del deslizamiento. Teniendo en cuenta que es mucho más difícil modelar en forma precisa

un deslizamiento pequeño que uno de gran magnitud, el factor de seguridad para remediación de

un deslizamiento pequeño, debe ser superior al de un deslizamiento de gran tamaño. Igualmente,

el costo para subir el factor de seguridad en un deslizamiento grande, puede ser muy alto, lo cual,

en ocasiones, conduce a conclusiones incorrectas acerca de que los deslizamientos grandes no se

pueden estabilizar. Lo que ocurre es que, en un deslizamiento grande, es más difícil subir el factor

de seguridad y cualquier aumento en el factor de seguridad tiene un efecto importante en la

estabilidad. (Suarez, 2017)

• El tipo de movimiento. En los movimientos masivos de masas rígidas, las técnicas de estabilización

son más efectivas que en los movimientos blandos tipo flujo de lodos, etc. En los movimientos de

suelos rígidos se pueden consideran factores de seguridad menores que en movimientos de flujo.

• La magnitud de los estudios realizados. Si la información recolectada en los estudios es muy

completa y confiable, se pueden permitir factores de seguridad menores que en los casos en los

cuales la información es escasa y la incertidumbre es mayor.

15

• El potencial de consecuencias. En los casos en los cuales las consecuencias del deslizamiento

involucran un riesgo grande de vidas humanas o propiedades, se requieren factores de seguridad

mayores, por ejemplo, si está involucrado un hospital o una escuela, los factores de seguridad deben

ser mayores que en el caso de un campo deportivo.

• La experiencia del profesional con los suelos del sitio. Cuando se tiene experiencia previa confiable

del comportamiento real de los suelos, se pueden permitir factores de seguridad menores que

cuando se desconoce el comportamiento real de los materiales. • Posibil idad de ocurrencia de

eventos extremos. Si en el análisis no se tuvieron en cuenta los eventos extremos, se deben incluir

factores de seguridad mayores ante la ocurrencia de estos fenómenos. (Suarez, 2017)

A continuación, se presenta la tabla 1 que puede servir como base general para la toma de decisiones sobre

factores de seguridad. Con frecuencia, al aumentar el factor de seguridad también aumentan los costos

requeridos para la construcción del talud. En ocasiones, la construcción de taludes estables podría resultar

no sólo costosa sino poco práctica y se deben asumir los riesgos inherentes a la construcción de un talud

relativamente inestable.

Tabla 1. Criterios generales para seleccionar un factor de seguridad para el diseño de taludes

En el caso de los deslizamientos, cualquier obra de remediación es una mejora de la situación existente y

no es razonable exigir factores de seguridad extremadamente altos, cuando se parte de factores de

seguridad de 1.0, no siempre es posible subir el factor de seguridad en un porcentaje alto. (Suarez, 2017)

16

1.3. Metodologías de remediación

Una vez analizado el talud, definidos los niveles de amenaza y riesgo, el mecanismo de falla y analizados

los factores de equilibrio, se puede pasar al objetivo final que es el diseño del sistema de prevención, control

o estabilización. Existen varias formas de enfocar y resolver cada problema específico y la metodología que

se requiere emplear en cada caso, depende de una serie de factores técnicos, sociales, económicos y

políticos, con una gran cantidad de variables en el espacio y en el tiempo.

En la tabla 2 se muestra un listado general de metodologías que se han utilizado para la mitigación de la

amenaza y el riesgo a los deslizamientos. Las técnicas de remediación comprenden las siguientes

alternativas generales:

• Prevención para evitar que ocurra la amenaza o el riesgo.

• Elusión de la amenaza para evitar que ésta genere riesgos.

• Control de los movimientos para disminuir la vulnerabilidad.

• Estabilización para disminuir la probabilidad de ocurrencia de la amenaza aumentando el factor de

seguridad.

Para la planeación, diseño, construcción y monitoreo de las obras de remediación de un deslizamiento,

Popescu (2001) propuso un programa que incluye una fase de estudios geotécnicos y geomorfológicos para

escoger, conceptualmente, el sistema de remediación y una fase de viabilidad para pasar finalmente, al

diseño y a la construcción.

En el estudio preliminar, Popescu propone como un paso obligatorio, analizar si es posible eludir el

deslizamiento. Si no es posible eludirlo, se pasa a una segunda etapa, seleccionar y diseñar la mejor

alternativa de estabilización.

Tabla 2. Listado de algunos métodos de remediación de las amenazas por deslizamiento.

17

1.4. Prevención

La prevención incluye el manejo de la vulnerabilidad y el control de las causas pueden generar los

deslizamientos, para disminuir la probabilidad de que se presente la amenaza o e l riesgo (Tabla 3). La

prevención consiste en un programa del Estado y de la comunidad (en todos sus niveles) mediante una

legislación y un sistema de manejo de amenazas que permite reducir las amenazas y los riesgos a

deslizamiento, en un área determinada.

Schwab y otros (2005), hacen énfasis en que la construcción de obras de ingeniería para mitigar las

amenazas a deslizamientos en zonas urbanas, son costosas y no son confiables; por lo tanto, la restricción

o prohibición de desarrollo de áreas susceptibles a deslizamientos; son generalmente, la opción más sabia

a pesar de la presión de los urbanizadores.

Tabla 3. Métodos de prevención para la amenaza o el riesgo a los deslizamientos.

1.4.1. Estrategias para la Prevención

El riesgo a deslizamientos en zonas urbanas, puede reducirse utilizando cuatro formas de regulación

(Kockelman, 1986; Schuster y Kockelman, 1996):

• Restricción de la expansión de las áreas urbanas con susceptibilidad a deslizamientos, utilizando

un mapa de susceptibilidad.

• Códigos urbanos que regulen las excavaciones, cortes y demás actividades de construcción.

• Protección del desarrollo urbano construyendo medidas de mitigación.

• Desarrollo e instalación de sistemas de monitoreo y alarma.

Los métodos de mitigación o prevención de la amenaza pueden reducir de forma significativa, la ocurrencia

de deslizamientos. La prevención permite el manejo de las áreas relativamente grandes, teniendo en cuenta

que los procesos naturales pueden ocurrir en diversos sectores dentro de un área de susceptibilidad similar,

de forma repetitiva o múltiple.

18

La mejor estrategia para la reducción de la amenaza de deslizamiento, generalmente involucra una mezcla

de varias técnicas o sistemas donde se requiere la cooperación de geólogos, ingenieros, planeadores,

propietarios de la tierra, constructores, organizaciones financieras y de seguros y entidades del Estado.

(Suarez, 2017)

Gráfico 2. Fases en el diseño, construcción y monitoreo de la remediación de un deslizamiento (Popescu, 2001).

19

1.4.2. Elementos para el diseño de la prevención

El U.S. Geological Survey (1982) tiene en cuenta los siguientes elementos para el diseño de un programa

adecuado de prevención:

• Una base técnica completa de las amenazas y riesgos.

• Un grupo técnico capaz de interpretar y manejar la información existente.

• Entidades del Estado conocedoras y conscientes de los problemas.

• Una Comunidad que comprenda el Valor y los Beneficios de estos Programas

Se necesitan entonces dos elementos principales: Una base técnica completa y confiable sobre las

amenazas y riesgos y un Estado y comunidad conscientes de los problemas y del beneficio de los programas

de prevención.

1.4.3. Restricciones al Desarrollo

Uno de los métodos más efectivos y económicos para reducir las pérdidas por deslizamientos, es la

planificación de nuevos desarrollos, definiendo las áreas susceptibles a deslizamientos como áreas abiertas

o verdes o de baja intensidad de uso. La mayoría de los países y ciudades tienen una legislación que permite

la planificación mediante los códigos de urbanismo (o ambientales) y en algunas ciudades, se han

implementado los códigos de laderas

En ocasiones, se requiere la evacuación de áreas ya utilizadas o urbanizadas, mediante la adquisición de la

tierra y propiedades por parte del Estado y la relocalización de los habitantes y sus viviendas. Sin embargo,

el método más efectivo es evitar el desarrollo urbano en áreas susceptibles, lo cual se puede lograr mediante

una legislación específica y un plan de control.

1.4.4. Regulaciones al Uso de la Tierra

La regulación al uso de la tierra generalmente es manejada por el Estado, el cual puede delimitar los usos

específicos u operaciones que puedan causar fallas en los taludes, tales como la construcción de carreteras,

urbanizaciones o edificios, sistemas de irrigación, tanques de acumulación de agua, disposición de

desechos, etc. En Colombia el Código de Recursos Naturales permite a las autoridades ambientales

establecer Distritos de Manejo Integrado para la prevención de amenazas naturales y las ciudades tienen

Planes de Ordenamiento Territorial (POTs) para regular los nuevos desarrollos. Sin embargo, los intereses

particulares dificultan el uso eficiente de esta herramienta jurídica para lo cual se requiere mayor conciencia

ciudadana sobre las amenazas y riesgos y que éstos sean tenidos en cuenta en la elaboración de las

regulaciones de uso de la tierra.

20

1.4.5. Códigos de laderas

La prevención de los deslizamientos en zonas urbanas, requiere la aplicación de códigos específicos para

el manejo de laderas y taludes, de acuerdo con las características geológicas y geotécnicas de cada área

en particular. (Suarez, 2017)

1.4.6. Medidas de Aviso y Alarma

Las áreas susceptibles a deslizamientos pueden instrumentarse para prevenir o alertar acerca de la

inminencia de un fenómeno y se pueden establecer programas de información a la comunidad sobre la

eventualidad de un determinado deslizamiento. Los sistemas de observación de campo u tilizan

extensómetros, inclinómetros, piezómetros, cercas eléctricas y disyuntores. Las recientes innovaciones

(Schuster y Kockelman, 1996), incluyen instrumentos acústicos, televisión, radar, rayos láser y medidores

de vibración, los cuales pueden ser medidos y manejados a control remoto, desde una estación central

receptora.

En ciudades como Hong Kong existen sistemas de instrumentación de lluvias y niveles freáticos manejados

por un computador central que permite dar aviso de la posibilidad de ocurrencia de grandes deslizamientos.

Durante las tormentas, la Oficina de Control Geotécnico de Hong Kong opera con un sistema de emergencia

que proporciona aviso y toma las medidas de control (Geotechnical Control Office, 1985).

Los sistemas de monitoreo y alarma son instalados con el objetivo principal de proteger vidas y propiedades

y no de prevenir deslizamientos. Sin embargo, estos sistemas, en ocasiones, permiten un tiempo suficiente

(después del aviso) para adoptar medidas físicas de control que reduzcan la probabilidad o la magnitud de

la amenaza.

1.4.7. Zonificación de Áreas

La zonificación de las áreas, permite la planificación de la ciudad y al mismo tiempo, la reducción de los

riesgos. La zonificación es una herramienta que designa el uso que debe tener la tierra. Las áreas

susceptibles a deslizamientos se deben utilizar para parques, zonas verdes y recreación pasiva, bosques o

actividades agrícolas. Las regulaciones deben prohibir su uso para actividades vulnerables como vivienda,

almacenamiento de agua, instituciones educativas, etc. Igualmente, se debe prohibir la irrigación y otras

acciones que aumenten los niveles de saturación del terreno. Del mismo modo, se debe prohibir la

eliminación de la vegetación, las excavaciones y rellenos que pudieren activar deslizamientos. La

zonificación debe realizarse con base en los mapas de susceptibilidad o amenaza por deslizamiento, lo cual

permite determinar las áreas con limitaciones.

1.4.7.1. Elaboración de mapas de amenaza

Una técnica muy utilizada es la elaboración y aplicación de mapas de amenaza. Éstos indican las zonas

vulnerables, las cuales son posteriormente reguladas o zonificadas. Los mapas deben ser precisos para

evitar que zonas de alta amenaza real sean mapeados como de amenaza baja. Un ejemplo de ese error fue

el mapa del County de San Mateo en California, donde el mapa se realizó con base en fotografías aéreas y

21

no permitió predecir los cientos de flujos de residuos que ocurrieron posteriormente a la aplicación del mapa

(Brabb, 1984).

1.4.7.2. Regulaciones en el manejo de aguas

En las laderas susceptibles a deslizamientos se deben prohibir las actividades que puedan generar

infiltración de agua, como piscinas, pozos sépticos o zonas de infiltración, paso de redes de acueducto y

alcantarillado, etc.

1.4.8. Remoción de los Materiales Inestables

Cuando no es posible la construcción de una variante o la estabilización del movimiento, se puede considerar

la remoción total a parcial de los materiales de los deslizamientos o las masas con riesgo de activación. La

remoción de materiales inestables va desde el descapote o remoción de los primeros metros de suelo, hasta

la eliminación de todo el material inestable.

En los taludes en roca, es muy común la remoción de los bloques inestables de material. Esto puede incluir

la remoción de la roca acumulada sobre las gradas, la conformación de la superficie y la remoción de los

salientes, utilizando explosivos. La remoción de roca puede ser muy peligrosa para los operarios que hacen

el trabajo, así como para las personas en áreas cercanas, vehículos, etc.

Generalmente, se requiere suspender el tráfico en las vías a fin de remover los bloques de roca y construir

estructuras de protección para las obras existentes en áreas cercanas. Generalmente, hay limitaciones

prácticas al emplear este método, por los volúmenes de tierra que se requiere manejar y la falta de espacio

para colocar los materiales excavados, teniendo en cuenta sus efectos ambientales.

En muchos casos, la presencia de viviendas u otras estructuras arriba del deslizamiento y los límites de

propiedad o derecho de vía, impiden o dificultan la utilización de este método de remediación.

Tabla 4. Estructuras de control de masas en movimiento.

22

1.5. Control de la amenaza

El objetivo es controlar la amenaza activa antes de que se produzca el riesgo para personas o propiedades.

Generalmente, consiste en estructuras que retienen la masa en movimiento (Tabla 4). Este tipo de obras se

construye abajo del deslizamiento para detenerlo después de que se ha iniciado. Los métodos de control o

protección están dirigidos a la construcción de estructuras para evitar que la amenaza genere riesgos. Estas

estructuras de control se utilizan, especialmente, para mitigar los riesgos en los caídos de roca. El diseño

de las estructuras para el control de los caídos de bloques de roca, requiere el análisis de la dinámica de

rocas para determinar las fuerzas de impacto y la distancia a la cual deben colocarse los muros alcancía o

las mallas de retención.

1.6. Estabilización

Los métodos de estabilización de taludes generalmente, están dirigidos a reducir las fuerzas actuantes, a

incrementar las fuerzas resistentes o una combinación de los dos efectos. Es común que existan varios

factores que determinen las fuerzas actuantes y resistentes y se requieran varios métodos de estabilización

para lograr un efecto combinado. Las fuerzas actuantes pueden reducirse de varias formas:

• Excavando el material de un sector apropiado del talud.

• Construyendo sistemas de drenaje para reducir las presiones hidrostáticas.

Las fuerzas resistentes pueden incrementarse de varias formas:

• Drenaje para incrementar la resistencia de los materiales.

• Eliminación de estratos débiles o zonas potenciales de falla.

• Estructuras de contención.

• Refuerzo del suelo.

• Tratamiento químico.

1.6.1. Procedimiento de Estabilización

La estabilización de un talud comprende las siguientes etapas:

• Determinación del sistema o combinación de sistemas de estabilización más apropiados, teniendo

en cuenta todas las circunstancias del talud estudiado.

• Diseño en detalle, el sistema que se va a emplear, incluyendo planos y especificaciones.

• Construcción de las obras de estabilización.

• Instrumentación y control del comportamiento durante y después de la estabilización.

23

Gráfico 3. Tabla para determinar la distancia “aproximada” a la cual se recomienda colocar los muros alcancía o las

cercas metálicas para el control de los caídos de roca (FHWA, 1988).

1.6.2. Conformación de la superficie

Una de las técnicas más utilizadas para la estabilización de taludes es la conformación o diseño de la

morfología del talud (Tabla 5). Al modificar la forma de la superficie del talud, se puede lograr un equilibrio

de masas, que reduzca las fuerzas que producen el movimiento y que aumente la longitud del círculo crítico

de falla (Grafico 4). Las pendientes de los taludes resultantes de la conformación, deben ser estables (Tabla

5).

Gráfico 4. Esquema de un relleno de contrapeso además de una estructura de pilas o pilotes y un sistema de

subdrenaje

24

Tabla 5. Pendientes típicas de taludes estables para varios tipos de material.

El efecto del sistema de contrapeso es hacer que el círculo crítico en la parte inferior del talud, se haga más

largo. Se requiere determinar el peso necesario para lograr un factor de seguridad determinado. La

cimentación adecuada de estos contrapesos debe ser requisito para que el sistema sea exitoso.

1.6.3. Muros de Suelo Reforzado (MSE)

Los terraplenes del suelo mecánicamente estabilizado, (MSE) incluyen capas de suelo compactado con

geosintéticos o mallas de refuerzo que forman una masa de gravedad la cual actúa como estructura de

contención o contrapeso para la estabilización del deslizamiento.

Gráfico 5. Esquema de estabilización utilizando muro MSE.

25

1.7. Estructuras de contención

Las estructuras de contención de tierras tienen por objeto la colocación de fuerzas adicionales que resistan

el movimiento (Tabla 6). El objetivo es colocar fuerzas externas que aumenten las fuerzas resistentes, sin

disminuir las actuantes. Las estructuras de contención pueden ser masivas, en las cuales el peso de la

estructura es un factor importante (Gráfico 6) o pueden consistir en estructuras ancladas, en las cuales la

fuerza se transmite al suelo profundo por medio de un cable o varilla de acero. Cada tipo de estructura tiene

un sistema diferente de trabajo y se deben diseñar de acuerdo con su comportamiento particular. En el

capítulo 3, se explica el comportamiento y el diseño de las estructuras de contención para estabilizar los

deslizamientos. Entre los sistemas de contención para la remediación de deslizamientos, se encuentran los

siguientes: Estructuras de gravedad Son muros que trabajan como un peso o contrafuerte en la parte inferior

de un movimiento. Entre los tipos de muro de gravedad se encuentran los muros en concreto simple,

concreto ciclópeo, gaviones, criba, mampostería, enrocado y muros MSE. El peso es un factor determinante

en este tipo de estructura. Los muros de gravedad son rígidos a flexibles de acuerdo con el tipo de material

utilizado para su construcción y son muy eficientes, para estabilizar los deslizamientos poco profundos se

pueden requerir estructuras de gran magnitud. Muros en Voladizo Son estructuras en concreto armado,

esbeltas, con contrafuertes o estribos, en las cuales adicionalmente al peso del concreto, se coloca un

relleno de suelo sobre la cimentación del muro. Esto aumenta el peso del sistema muro-suelo y existe,

además, la posibilidad de colocar llaves

Gráfico 6. Estructuras de contención para la estabilización de los deslizamientos.

26

Tabla 6. Métodos de estructuras de contención.

1.8. Estructuras de Anclaje o Refuerzo

Las estructuras de anclaje o refuerzo incluyen cables o varillas que se colocan dentro del suelo para

reforzarlo o para transmitir cargas a los suelos o rocas a profundidad. En este tipo de estructura están

incluidos los pernos, los muros anclados, los nails y los micropilotes (Figura 7 y tabla 7). Las estructuras de

anclaje pueden ser postensionadas (“tiebacks”) o pasivas (clavos o “nails”). De acuerdo con las

características del talud y las necesidades de comportamiento, se escoge el tipo de anclaje más eficiente

para el caso específico.

27

Tabla 7. Ventajas y desventajas de los diversos tipos de estructura anclada.

Gráfico 7. Esquema de las estructuras ancladas.

28

1.9. Drenaje y subdrenaje

Unas de las técnicas más efectivas para la estabilización de laderas y taludes es el control de las aguas

superficiales y subterráneas (Figura 8 y tabla 1.10). Su objetivo es controlar el agua y sus efectos,

disminuyendo las fuerzas que producen el movimiento y/o aumentando las fuerzas resistentes. El drenaje y

el subdrenaje generalmente son poco costosos y muy efectivos como medidas de prevención de los

movimientos. Las obras de drenaje son un buen complemento de otros sistemas de estabilización. Su diseño

y construcción son sencillos. En el capítulo 2, se explican en detalle, las tecnologías de drenaje y subdrenaje,

aplicadas a la estabilización de los deslizamientos de tierra.

Gráfico 8. Sistemas de subdrenaje

Tabla 8. Métodos de drenaje y subdrenaje

1.10. Mejoramiento de la resistencia del suelo

Las técnicas de mejoramiento de la resistencia del suelo incluyen procesos físicos y químicos que aumentan

la cohesión y/o la fricción del suelo modificado o de la mezcla suelo-producto estabilizante (Tabla 9).

29

Tabla 9. Métodos para mejorar la resistencia del suelo

1.11. Inyecciones

Se han intentado varios esquemas de inyección de diversos productos para el mejoramiento de la calidad

del suelo en deslizamientos. Las inyecciones de diversos productos químicos tienen por objetivo mejorar la

resistencia o reducir la permeabilidad de macizos rocosos y en ocasiones de suelos permeables.

Las inyecciones pueden ser de materiales cementantes, tales como el cemento y la ca l o de productos

químicos tales como silicatos, ligninos, resinas, acrylamidas y uretanos. Generalmente, las inyecciones de

cemento o de cal se utilizan en los suelos gruesos o en fisuras abiertas y los productos químicos, en

materiales menos permeables.

1.11.1. Inyectabilidad de los materiales

Antes de decidir sobre la utilización de una inyección, debe investigarse que el material realmente pueda

penetrar dentro de los vacíos o fisuras. La penetrabilidad de las inyecciones químicas depende de su

viscosidad, presión de inyección y período de inyección, así como la permeabilidad del suelo inyectado

(Bodocsi y Bourers, 1991). La relación de inyectabilidad se ha definido como:

𝑁 =𝐷15(𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜)

𝐷85(𝐼𝑛𝑦𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛)

Esta relación debe ser mayor de 25 para garantizar que la inyección penetre la formación exitosamente. Si

la relación de inyectabilidad es menor de 11, no es posible realizar el trabajo de inyección. Generalmente,

los suelos con materiales de más del 20% de finos, no son inyectables incluso por productos químicos.

30

Gráfico 9. Esquema de un subdrén interceptor y un dren en el afloramiento.

Se debe tener en cuenta que la presión de poros puede aumentar por efecto del proceso de inyección, lo

cual puede agravar los problemas de movimiento en los taludes. La presión de poros aumenta cuando se

bloquean los caminos de corriente de agua y se debe tener especial cuidado al diseñar el sistema de

inyección, de colocar un sistema de subdrenaje como complemento (Subdrenes de penetración). Se han

utilizado relaciones agua-cemento desde 0.5:1 hasta 10:1, dependiendo del tamaño de los vacíos. Sin

embargo, el rango usual varía de 0.8:1 a 5:1. El tiempo de fraguado de la inyección de cemento aumenta

con la relación agua-cemento; generalmente los tiempos varían entre 4 y 15 horas y para relaciones agua-

cemento, mayores de 10. A veces nunca se produce el fraguado.

Gráfico 10. Subdrenes de penetración.

31

2. PROYECTO

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

No siempre el método más costoso es el más efectivo. Con frecuencia, el método más efectivo y económico consiste

en la combinación de dos o más técnicas de estabilización. Algunas veces, la selección final sobre el método de

estabilización no la toma el ingeniero de diseño, sino un funcionario que tiene en cuenta otros factores, los cuales

incluyen: los costos, la estética, los impactos ambientales, los tiempos, la disponibilidad de materiales, etc.

En el presente proyecto se pretende realizar la estabilización de un talud para la construcción de unas vías internas

en determinado proyecto de viviendas en el Municipio de Venecia departamento de Antioquia.

Es común que los ingenieros repitan las soluciones con las cuales ellos se encuentran familiarizados y no realicen el

análisis mental de imaginación para implementar soluciones nuevas. En forma similar, por lo que la información

suministrada por los asesores del seminario, no pueden sustituir la experiencia local. Los ingenieros deben, por lo

tanto, utilizar todo el conocimiento disponible e investigar la mejor solución para cada caso particular.

Por lo que es importante elaborar un diseño que sea efectivo, económico y que se pueda llevar a cabo dentro del

tiempo que la emergencia lo requiera.

2.2. JUSTIFICACIÓN

Por lo general, las obras de estabilización para que sean efectivas, se requieren que sean completas. Esto equivale a

que es común que las obras sean costosas. Los costos de las obras deben incluir no sólo el costo de materiales y

mano de obra sino también los costos de transporte, derechos de vía, disposición de materiales y drenaje.

Como en la mayoría de las obras de ingeniería, la selección del tipo de estabilización debe considerar los impactos

potenciales ambientales, durante y después de la construcción. Además, generalmente, las obras de estabilización

se requiere realizarlas en un tiempo tal que se disminuya el riesgo al mínimo. Es común que se requiera urgencia en

la implementación de las medidas de estabilización. Sin embargo, las obras de estabilización requieren ciertos horarios

o etapas.

Como se mencionó, generalmente para un determinado problema, se pueden aplicar diversos tipos de solución: El

ideal es aquel que sea más económico y a la vez, el más efectivo.

Tener presentes que muchas veces cuando existe el conocimiento de que el movimiento no va a afectar el

funcionamiento de las obras de infraestructura existentes o de la comunidad, puede ser sabio permitir la evolución del

deslizamiento. Lo que pretende este proyecto es analizar todos los aspectos que puedan afectar la vida futura de las

vías internas, teniendo como prioridad la mitigación de que el talud genere riesgos.

32

2.3. ZONA DE ESTUDIO

2.3.1. LOCALIZACIÓN GENEREAL DEL PROYECTO

Venecia es un municipio de Colombia, localizado en la subregión Suroeste del departamento de Antioquia. Limita por

el norte con los municipios de Titiribí y Amagá, por el este con el municipio de Fredonia, por el sur con los municipios

de Fredonia y Tarso, y por el oeste con los municipios de Concordia y Salgar. Su cabecera dista 60 kilómetros de la

ciudad de Medellín, capital del departamento de Antioquia. El municipio posee una extensión de 141 kilómetros

cuadrados. Las Coordenadas Globales son 5°57′39″ al Norte y 75°44′01″ al Oeste, elevación de 1429 metros sobre

el nivel del mar.

Gráfico 11. Localización general de la zona de estudio. Fuente: Alcaldía municipio de Venecia (Modificado).

Clima: Generalmente templado.

Distancia desde Medellín en Km: 58 km Aprox.

Distancia desde Medellín en tiempo: 2 horas Aprox.

Límites: Amagá, Concordia, Fredonia, Salgar, Tarso y Titiribí.

33

2.3.2. LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DEL PROYECTO

El proyecto está ubicado en la zona rural del municipio de Venecia Antioquia, a 15 minutos del Hospital San Rafael

de Venecia. Las Coordenadas Globales son 5°57´21” al Norte y 75°44´44” al Oeste, elevación de 1688 metros

sobre el nivel del mar. (Venecia, 2015)

Gráfico 12. Localización de la zona de estudio. Fuente: Google Maps (Modificado.)

2.3.3.1. Reconocimiento de la Zona de Estudio

Se muestra a continuación el análisis de sitio y de su entorno mediante el reconocimiento visual in situ de la

zona de estudio para que se tenga una idea del contexto del proyecto, y poder identificar al emplazamiento

del proyecto a su entorno como parte de un sistema natural y social.

La zona del proyecto tiene fácil acceso vehicular

Se presenta fuentes de agua en la zona

Hay viviendas cercanas al proyecto

Hay vías de comunicación cercanas a la zona del proyecto.

34

Gráfico 13. Reconocimiento de la Zona de estudio. Fuente: Habitantes del Municipio de Venecia Ant.


35


2.3.3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El proyecto contempla la estabilización del talud para la construcción de las vías internas de una unidad de

viviendas en el municipio de Venecia Antioquia.

Gráfico 16. Vista en planta de la primera etapa del proyecto. Fuente: Planos arquitectónicos entregados por el

contratante.

36

2.4. METODOLOGÍA PARA LA REALIZACIÓN DEL PROYECTO

Para la evaluación geológica y geotécnica de la zona de estudio, se adoptó la siguiente metodología:

1. PROGRAMACIÓN: Se da dimensión al estudio geotécnico, en función del tipo de edificación a

realizar y tipo de terreno sobre el que se va a hacer el estudio, optimizando en todo momento las

diferentes propuestas.

2. DOCUMENTACIÓN: Información previa en los correspondientes mapas geológicos y geotécnicos.

Antecedentes y documentación. Recopilación de antecedentes y documentación de la parcela que

se prevé reconocer.

3. ENSAYOS DE CAMPO: Para determinar la naturaleza y estratigrafía del terreno mediante sondeos

a rotación con recuperación continua de testigos, toma de muestras inalteradas, ensayos SPT,

presiómetros y permeabilidad.

4. ENSAYOS DE LABORATORIO: Sobre las muestras extraídas, efectuados en nuestro laboratorio

de mecánica de suelos. Mediante los mismos se identifica, clasifica y determina las características

mecánicas de las muestras de suelos reconocidos.

5. ANALISIS DE ESTABILIDAD: Mediante el programa SLIDE 6.0, se realiza un análisis de límite de

equilibrio permite obtener un factor de seguridad o a través de un análisis regresivo, obtener los

valores de la resistencia al cortante en el momento de la falla.

6. INFORME: Se presentan los resultados de los ensayos efectuados, así como la cartografía y

estratigrafía detectada. Se aportan las recomendaciones de estabilidad y obras de contención, los

procesos constructivos de dichas obras y las conclusiones finales del estudio de suelos, teniendo

presente el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR – 10.

37

2.5. ENSAYOS DE CAMPO Los trabajos de exploración geotécnica consisten en la realización de sondeos para efectuar ensayos de

campo y recuperar muestras de suelo del sitio estudiado. Con base en los resultados obtenidos de estos

trabajos y de pruebas de laboratorio efectuadas en las muestras recuperadas, se definen los perfiles

estratigráficos de los sitios estudiados, así como sus propiedades índices y mecánicas. Para el presente

estudio se realizaron 5 perforaciones con equipo de penetración estándar (SPT), que alcanzaron los 15m

de profundidad, esto en base a las indicaciones de la norma NSR-10 en el titulo H.

Tabla 10. Sondeos exploratorios realizados. Fuente: suministrado por asesor seminario de Geotecnia Víal.

REGISTROS DE PERFORACION

PROFUNDIDAD P1 P2 P3 P4 P5

m N° GOLPES N° GOLPES N° GOLPES N° GOLPES N° GOLPES

1 6 8 7 5 5

2 5 7 9 6 6

3 9 10 12 7 5

4 10 12 10 13 8

5 11 11 16 14 16

6 15 15 13 18 20

7 20 20 15 25 22

8 29 25 20 27 28

9 29 28 19 32 30

10 28 30 30 33 32

11 29 28

12 30 29

13 35 32

14 35 32

15 36 35

Las perforaciones mencionadas anteriormente se llevaron a cabo con equipo de percusión, que permite la

ejecución del ensayo de penetración estándar, SPT. El método consiste en hincar una toma muestras partido

de 18” (≈45cm) de largo colocado al extremo de una varilla AW, por medio de un peso (martillo) de 140lb

(≈63.5kg) que se deja caer “libremente” desde una altura de 30” (≈76cm) anotando los golpes necesarios

para penetrar cada 6” (≈15cm). El valor normalizado de penetración N es para 12” (1 pie ≈ 30cm), expresado

en golpes/pie y es la suma de los dos últimos valores registrados (González, 1999).

38

Gráfico 17. Ejecución de perforación con equipo percusión (SPT). Fuente: Personal de perforación


39


2.5.1. Ubicación Sondeos Se muestra a continuación la ubicación de los sondeos en planta de la topografía del proyecto

Gráfico 20. Localización en planta de los sondeos exploratorios realizados en la zona de estudio. Fuente:

Modificado del plano arquitectónico entregado por el asesor del seminario de geotecnia vial.

40

2.6. GEOLOGÍA REGIONAL

Gráfico 21. Geología Regional

2.6.1. Formación Amagá Sedimentos lacustres de origen continental del oligoceno superior (Van der Hammen, 1960). Esta formación,

Fue estudiada inicialmente por Grosse en 1926, Van der Hammen en 1960 y por González H. en 1976, quien

la denominó Formación Amagá.

Miembro superior (Ngas): Constituye la unidad más representativa de la formación Amagá, la cual se

encuentran aflorando continuamente en el municipio de Amagá y el sur de la misma.

Aflora sobre la carretera Fredonia-Venecia, sobre los afluentes del río cauca entre el municipio de La Pintada

y Bolombolo, y en algunos sectores de la cuenca del Sinifaná.

Este miembro en su mayor parte se encuentra cubierto discordantemente por la Formación Combia. Este

miembro es pobre en mantos de carbón explotables, está compuesto principalmente por areniscas de color

41

café claro, amarillo o gricaseo de grano fino a medio mineralogicamente se encuentran constituidas por

cuarzo redondeados en matriz arcillosa, y en menor proporción por conglomerados. En la zona de contacto

con el miembro medio, parte de las areniscas contienen fragmentos de carbón.

Miembro Medio (Pgam).: Este miembro aflora principalmente en la cuenca de Amagá-Titiribí-Angelópolis;

se caracteriza por la presencia de bancos y capas de carbón, de espesor variable y la ausencia de

conglomerados. La mayor parte está compuesta por areniscas y arcillolitas de estratificación fina en bancos

medios a gruesos. Debido a dislocaciones tectónicas, las secciones no son uniformes y cambian tanto el

espesor total como el de los mantos de carbón, aún en áreas próximas geográficamente. En parte este

miembro está separado del inferior por la Falla Piedecuesta, principalmente desde el sur de la Quebrada

Sinifaná hasta la desembocadura de la Quebrada La Sandalia, en el Río Poblanco.

Miembro Inferior (Pgai).: Aflora en cuencas pequeñas y cerradas, reposa discordantemente sobre

metamorfitas de bajo grado y rocas volcánicas básicas, mesozoicas. Cuerpos lenticulares alargados norte-

sur aparecen limitados por fallas del Sistema Romeral. El espesor promedio es de unos 200 m. Efectos

tectónicos han dislocado algunos de los estratos y por ello el espesor aflorante rara vez excede los 100 m.

Consta de conglomerados polimícticos con cantos de rocas metamórficas de bajo grado, dioritas, chert negro

y cuarzo lechoso, areniscas conglomeráticas, granodecrecientes hacia los niveles superiores y algunas

capas de arcillolita arenosa o arenisca arcillosa, intercaladas con bancos de arenisca. Capas delgadas de

carbón con espesor entre 0,10 y 0,50 m aparecen en los niveles superiores de la secuencia. Los bancos

arenosos presentan una marcada lenticularidad, estratificación cruzada, así como superficies irregulares de

depositación lo cual sugiere un depósito de típico canal.

2.6.2. Formación Combia (ngc) Rocas principalmente ígneas-volcánicas, estudiadas inicialmente por Grosse, 1926, quien las denominó con

base al alto de Combia, donde las denominó.

Esta unidad está compuesta por una secuencia de rocas vulcano-sedimentarias de donde se pueden

identificar tobas de ceniza y palilli de coloraciones de crema a grisáceo, intercaladas con flujos de basaltos

continentales color negro que pueden tener una textura porfídica, puede encontrarse además capas de

cenizas volcánicas no litificadas.

2.6.2.1. Porfidos Andesíticos (Ngpa) Cuerpos de rocas porfídicas, de composición variable entre andesita y dacita, constituyen geoformas

sobresalientes entre Titiribí-Angelópolis, al norte y La Pintada-Valparaíso-Caramanta al sur. Algunos de

estos se extienden hacia el sur del departamento, a lo largo de la depresión del Cauca; con ellos están

relacionadas mineralizaciones de Au-Ag de importancia.

Los pórfidos andesíticos muestran una gran variedad tanto en la composición como en la textura, y en

general cada uno de estos cuerpos presenta sus propias características, reflejo de variaciones notables en

la profundidad y velocidad de enfriamiento. Los rasgos más característicos, son los siguientes:

42

2.7. GEOLOGÍA LOCAL En la zona de estudio fue posible determinar la existencia de 2 tipos de materiales, a través de las visitas a

campo, la exploración geotécnico-geológica, la revisión bibliográfica y el análisis de imágenes satelitales.

Estos materiales se encuentran asociados al perfil de meteorización de la Formación Cambia, unidad

litológica donde se realizará la intervención y que fue descrita con anterioridad. A continuación, se

describirán a mayor detalle los materiales encontrados.

2.7.1. Lleno Heterogéneo: Material de coloración café parda a naranja moteada negra y roja por la presencia de materia orgánica y

pátinas de óxidos respectivamente.

El material presenta una consistencia y plasticidad media-alta, con una humedad variable que va de media

a alta. Esta capa presenta pequeños fragmentos de roca tamaños variables que van desde 0.5 hasta 1 cm

con formas sub-angulares, en un alto grado de meteorización y algunos presentan superficies de oxidación,

estos fragmentos se presentan en porcentajes inferiores al 3%. Pueden observarse también materia vegetal

en porcentajes menores al 1 %. El suelo puede caracterizarse como mezclas de limo y arcilla.

Gráfico 22. Lleno Heterogéneo. Fuente: Laboratorios Universidad Cooperativa de Colombia

2.7.2. Suelo Residual Los procesos de desintegración y descomposición que las rocas sufren cuando son expuestas a las

condiciones atmosféricas, son conocidas como meteorización, estos procesos son responsables directos de

la génesis de los suelos residuales. Este tipo de suelo se encontró a partir de los 4 metros en algunas de las

perforaciones y alcanzo los 15 metros de profundidad.

43

2.8. PROCESOS MORFODINÁMICOS En busca de identificar los procesos superficiales en la zona que puedan afectar la estabilidad geotécnica

de las obras planteadas, se hace un reconocimiento geomorfologicoK y multitemporal de imágenes

satelitales en busca de identificar aquellos procesos morfodinámicos causales de inestabilidad. Se procede

entonces realizar el análisis de imágenes satelitales desde el año 2007 a la actualidad.

Se presenta a continuación el análisis realizado a partir de imágenes de Google Earth de los años 2005,

2008, 2011 y 2015 (ver Tabla 11).

Tabla 11. Registro de imágenes analizadas

FOTOGRAFÍAS AÑO

Imagen Google Earth 2013





2.8.1. Año 2013 En la Fotografía 23 se puede observar que la zona del proyecto se encuentra en una zona completamente

cubierta por capa vegetal, donde solo en todo el lote no hay ningún tipo de obra. No se muestran

movimientos en masa.

Gráfico 23. Análisis Morfodinámico del Año 2013. Fuente: Google Earth

44

2.8.2. Año 2014

No se presenta cicatrices de deslizamientos, ni evidencia de movimientos en masa en la parte baja.


2.8.3. Año 2015 En este año se ve el terreno donde solía haber una zona completamente vegetal, se presencia zona más descubierta

del terreno, y un pequeño trazo de camino que posiblemente sea por parte de animales y personas. Sin embargo, no

se muestra movimiento en masa del talud


45

2.8.4. Año 2016


2.8.5. Año 2019 Se muestra el lote en un estado donde la superficie está cubierta de una capa vegetal, las marcas que había han

desaparecido, no se presencia movimientos en masa.


46

2.9. COMPONENTE GEOTÉCNICO

2.9.1. Nivel freático El nivel freático La presencia de agua, en relación a los esfuerzos, produce una disminución de las propiedades y las

características resistentes en suelos saturados y también provoca una presión adicional sobre el frente de la

excavación. (Construmática, 2014)

En la presente exploración de campo se determinaron niveles freáticos en cada uno de los 6 sondeos. Como se

muestra en la siguiente tabla 12.

Tabla 12. Sondeos exploratorios donde se muestran los niveles freáticos. Fuente: Elaboración propia

2.9.2. Ensayos de laboratorio A partir del trabajo realizado en campo y de las muestras alteradas e inalteradas obtenidas, se realizaron los siguientes

ensayos de laboratorio. El programa de ensayos de laboratorio se realizó tomando las muestras más representativas

de los materiales que conforman los distintos estratos identificados.

Humedad natural

Límites de Atterberg

Granulometría combinada

CBR

Corte Directo

PROFUNDIDAD

m NF NF NF NF NF NF

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

P4 P5 P6P2

REGISTROS DE PERFORACION

P1 P3

47

2.9.3. Estructura del Suelo

Las partículas texturales del suelo como arena, limo y arcilla se asocian para formar agregados y a unidades

de mayor tamaño. La estructura del suelo afecta directamente la aireación, el movimiento del agua en el

suelo, la conducción térmica, el crecimiento radicular y la resistencia a la erosión. El agua es el componente

elemental que afecta la estructura del suelo con mayor importancia debido a su solución y precipitación de

minerales y sus efectos en el crecimiento de las plantas.

Según la estratigrafía suministrada para el desarrollo de este proyecto tenemos la siguiente estructura del suelo:

Lleno Heterogeneo

Suelo Residual

Tabla 13. Angulo de Fricción de los suelos. Fuente: Elaboración Propia.

Promedio General

Material °ɸ Fricción Cohesión (KPa)

Lleno Heterogeneo 23 1

Suelo Residual 25 11

El calculo Anterior se realizo por el promedio de los datos del ensayo de corte directo y el N Campo del número de

golpes.

48

2.10. TIPO DE SUELO La Tabla 2 muestra los valores de velocidad de ondas de corte, de acuerdo a la metodología de correlación

entre el valor N del ensayo de penetración estándar y velocidad de ondas de corte planteada por autores

Ohba y Toriumi, Ohta y Goto, y Alfaro.

Tabla 14. Velocidad de onda de corte a partir del valor N del ensayo de penetración estándar, Nspt. Y promedio de los métodos de Ohba y Toriumi, Ohta y Goto, y Alfaro

Tabla 15. Clasificación del perfil de suelo según la NSR-10.

Prof. (m)Ohba y Toriumi Ohta y Goto Alfaro promedio

1 146.39 159.20 181.32 162.30

2 138.34 149.42 170.63 152.80

3 165.99 183.33 207.56 185.63

4 171.51 190.17 214.98 192.22

5 176.65 196.59 221.92 198.38

6 194.48 218.99 246.09 219.85

7 212.62 242.05 270.85 241.84

8 238.57 275.47 306.56 273.53

9 238.57 275.47 306.56 273.53

10 235.99 272.12 303.00 270.37

11 238.57 275.47 306.56 273.53

12 241.09 278.73 310.05 276.63

13 252.90 294.10 326.40 291.13

14 252.90 294.10 326.40 291.13

15 255.11 296.99 329.48 293.86

Velocidad de onda (m/s)

49

De acuerdo a los valores de Velocidad de ondas de corte obtenidos en la Tabla ante rior se obtiene

que el perfil del suelo de la zona de estudio es tipo D, esta definición se basa en los valores de los

parámetros del suelo de los 30 metros superiores del perfil (Ambiente, 2010)

De acuerdo a la Tabla A.2.4-3 del Reglamento NSR-10 (Ambiente, 2010), se tiene, para un perfil de

suelo tipo D, un valor de Fa igual a 1.3, el cual es el coeficiente de amplificación que afecta la

aceleración en la zona de períodos cortos, debida a los efectos de sitio. Este valor fue obtenido

mediante interpolación.

De acuerdo a la Tabla A.2.4-4 del Reglamento NSR-10 (Ambiente, 2010), se tiene, para un perfil de

suelo tipo D, un valor de Fv igual a 1.9, el cual es el coeficiente que amplifica las ordenadas del

espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el rango de periodos intermedios del

orden de 1 seg.

Por el tipo de uso que se dará a la edificación que constituyen el proyecto, este se clasifica en el

Grupo I, es decir que se consideran "Edificaciones de ocupación normal". Esta clasificación se

50

asigna de acuerdo a la información consignada en el Titulo A. Numeral A.2.5.2 de la Norma

Colombiana NSR – 10. (Ambiente, 2010)

De acuerdo a la información anterior, se tiene un coeficiente de importancia de 1.00. El coeficiente

de importancia modifica el espectro y las fuerzas de diseño. Lo anterior se puede verificar en el

Titulo A. Numeral A.2.5.2 del Reglamento NSR-10 (Ambiente, 2010)

Tabla 16. Criterios para clasificar suelos NSR-10.

Gráfico 28. Coeficiente de amplificación Fa y Fv del suelo para la zona de periodos cortos. NSR-10 Titulo

A. Figura A.2.4-1.

51

3. ANALISIS DE ESTABILIDAD

3.1. PARÁMETROS SÍSMICOS SEGÚN LA NSR-10

El municipio de Venecia presenta según la norma NSR-10 las siguientes características sísmicas:

Aa: 0.20

Av: 0.25

Ae: 0.15

Ad: 0.08

Zona de Amenaza sísmica: Alta

Si:

Aa: Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva.

Av: Coeficiente de aceleración que representa la velocidad horizontal pico efectiva, para diseño.

Ae: Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva para diseño con seguridad reducida.

Ad: Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva para el umbral de daño.

El análisis de estabilidad de taludes se realizó mediante el programa Slide V6.0, el cual permite obtener el factor de seguridad de superficies de falla circular.

Se estudia un cuerpo libre en equilibrio, partiendo de las fuerzas actuantes y de las fuerzas resistentes que se requieren para producir el equilibrio. Calculada esta fuerza resistente, se compara con la disponible de los suelos y se obtiene el factor de seguridad.

El cociente entre fuerzas resistentes considera el criterio de Mohr-Coulomb, por medio de los valores correspondientes a los parámetros de resistencia, es decir, la resistencia por fricción y por cohesión de los materiales.

Las fuerzas son seudo-estática, es decir se considera el peso propio del material, así como las sobrecargas que puedan existir, adicionando un efecto sísmico si es del caso, en la cual la fuerza sísmica es la resultante de multiplicar el peso de la masa deslizante por el coeficiente de aceleración sísmica. El factor de seguridad será calculado utilizando la siguiente ecuación:

𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝑺𝒆𝒈𝒖𝒓𝒊𝒅𝒂𝒅 =∑ 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠

∑ 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠

El F.S. crítico es aquel que corresponde a la superficie en la cual se verifica la relación de fuerzas más baja, si el F.S. es menor de 1.0 las fuerzas actuantes son mayores que las resistentes y por lo tanto el estado es inestable. Si el F.S. es mayor de 1.0 las fuerzas resistentes son mayores que las estabilizantes, y el terreno es estable.

52

La Tabla 17 presenta los parámetros de resistencia obtenidos a partir del retro análisis realizado considerando las condiciones actuales de la ladera.

Tabla 17. Parámetros mecánicos del suelo.

TIPO DE MATERIAL PESO UNITARIO HÚMEDO [kN/m3]

COHESIÓN [kPa] ANGULO DE FRICCIÓN [°]

Lleno Heterogéneo. 16.5 1 23

Suelo residual. 17.5 11 26

3.2. COEFICIENTE SÍSMICO DE DISEÑO HORIZONTAL

De acuerdo al literal H.5.2.5. De la NSR-10, “Para efectos del análisis y diseño de taludes, se debe emplear la aceleración máxima del terreno obtenida, para este caso particular, como la aceleración del espectro de diseño para un periodo igual a cero”.

La siguiente imagen permite establecer dicha aceleración.

Gráfico 29. Espectro Elástico de Aceleraciones de Diseño como fracción de g. Fuente: Titulo A- NSR-10 (Figura A.2.6-1)

De acuerdo a la Figura 1 se debe implementar para el análisis dinámico, una aceleración máxima horizontal de diseño expresada como una fracción de la aceleración de la gravedad igual a la expresión mostrada a continuación.

𝒂𝒎𝒂𝒙 = 𝑨𝒂 ∗ 𝑭𝒂 ∗ 𝑰 = 0.2 ∗ 1.3 ∗ 1.0 = 𝟎. 𝟐𝟔

53

Adicionalmente, el literal H.5.2.5. de la NSR-10 plantea lo siguiente: “El coeficiente sísmico de diseño para análisis seudo-estática de taludes KST tiene valor inferior o igual al de 𝒂𝒎𝒂𝒙 y se admiten los siguientes valores mínimos de 𝑲𝑺𝑻/𝒂𝒎𝒂𝒙, dependiendo del tipo de material térreo y del tipo de análisis”.

A continuación, se muestran los valores mínimos de 𝑲𝑺𝑻/𝒂𝒎𝒂𝒙, para el Análisis Seudo-estático de Taludes.

Tabla 18. Valores de 𝐾𝑆𝑇/𝑎𝑚𝑎𝑥 Mínimos para Análisis Seudo-estático de Taludes. Fuente: Titulo H- NSR-10

Dado que este caso se asocia a Suelos entonces el factor 𝑲𝑺𝑻/𝒂𝒎𝒂𝒙 Mínimo para el Análisis Seudo-estático a utilizar debe ser 0.80. Dando como resultado un coeficiente sísmico de diseño para análisis seudo-estática igual a 0.406. La deducción se muestra a continuación.

Componente Horizontal = 𝐊𝐒𝐓 = 𝒂𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝟎. 𝟖 = 0.26 ∗ 0.8 = 𝟎. 𝟐𝟎𝟖

3.3. COEFICIENTE SÍSMICO DE DISEÑO VERTICAL

El literal A.2.8.1 de la norma NSR-10 plantea lo siguiente: “Cuando se utilice la componente vertical de los movimientos sísmicos de diseño, como mínimo debe tomarse como las dos terceras partes de los valores correspondiente a los efectos horizontales”

Lo anterior permite utilizar como Componente Vertical la siguiente expresión:

Componente Vertical = 𝟐

𝟑∗ 𝐊𝐒𝐓 =

2

3∗ 0.208 = 𝟎. 𝟏𝟑

Con el fin de evaluar la condición más desfavorable en la cual se puede encontrar sometida la ladera, se considera en los análisis de estabilidad que las aceleraciones horizontal y vertical máximas se presentarán simultáneamente, lo cual resulta poco probable.

Para evaluar los factores de seguridad obtenidos, se siguieron las recomendaciones realizadas en la NSR-10, las cuales recomiendan realizar la evaluación teniendo en cuenta los daños materiales y ambientales, la pérdida de vidas, las condiciones actuales del talud y la condición estática y/o seudo-estática. Se considera además que un factor de seguridad igual a 1.0 no es permitido en ninguno de los casos, dado al riesgo asociado con la pérdida de vidas y pérdidas económicas.

A continuación, se presentan los factores de seguridad mínimos directos recomendados por la NSR-10.

54

Tabla 19. Factores de seguridad básicos mínimos directos recomendados por la NSR 10. Fuente: Titulo H- NSR-10

A continuación, se analizan 2 perfiles extraídos de la topografía suministrada por los asesores del seminario

de Geotecnia Víal:

Gráfico 30. Ubicación de los perfiles para el análisis de estabilidad. Fuente: Asesores del seminario de Geotecnia Víal.

55

3.4. PERFIL A

3.4.1. Perfil A Estado Natural Análisis Estático Se analiza el Perfil A en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado

o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.946 respectivamente en las condiciones estáticas.

Como se muestra en el gráfico 31.

Gráfico 31. Perfil A Estado Natural Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.

Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, el factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los

métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el talud en condiciones naturales NO

CUMPLE la normatividad.

56

3.4.2. Perfil A Estado Natural Análisis Seudo-Estático Se analiza el Perfil A en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado

o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.673 en condición seudo-estática. Como se muestra en

el gráfico 32.

Gráfico 32. Perfil A Estado Natural Análisis Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.


métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condiciones

naturales NO CUMPLE la normatividad.

57

3.4.3. Perfil A Condiciones Proyectadas Estático Se analiza el Perfil A en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la

estabilidad del talud y la vía, para la vía se utilizan dos muros, un Muro en tierra armada con geotextil con

una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad

con el fin de hacer los movimientos de tierra para que las características de la vía cumplan ; el talud superior

se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm; el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos

de 8m de profundidad. Se obtiene un factor de seguridad de 1.580 en condición seudo-estática Como se

muestra en el grafico 33.

Gráfico 33. Perfil A Estado Condiciones Proyectadas Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.

Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, El factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los

métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el talud en estado Estático analizado

con condiciones proyectadas SI CUMPLE la normatividad.

58

3.4.4. Perfil A Condiciones Proyectadas Seudo-Estático Se analiza el Perfil A en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la


una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad

con el fin de hacer los movimientos de tierra para que las características de la vía cumplan ; el talud superior

se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm; el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos

de 8m de profundidad. Se obtiene un factor de seguridad de 1.580 en condición seudo -estática. Como se

muestra en el grafico 34.

Gráfico 34. Perfil A Análisis Condiciones proyectadas Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.


métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condición

proyectado Seudo-Estático SI CUMPLE la normatividad.

59

3.5. PERFIL B

3.5.1. Perfil B Estado Natural Análisis Estático Se analiza el Perfil B en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado

o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.813 respectivamente en las condiciones estáticas.

Como se muestra en el gráfico 35.

Gráfico 35. Perfil B Estado Natural Análisis Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.

Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, (Ministerio de Ambiente, 1997) el factor de seguridad

que se tendrá en cuenta para los métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el

talud en condiciones naturales NO CUMPLE la normatividad.

60

3.5.2. Perfil B Estado Natural Análisis Seudo-Estático Se analiza el Perfil B en su condición natural, es decir el talud con sus características propias sin ser alterado

o modificado. Se obtiene un factor de seguridad de 0.512 en condición seudo-estática. Como se muestra en

el grafico 36.

Gráfico 36. Perfil B Estado Natural Análisis Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.


métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condiciones

naturales NO CUMPLE la normatividad.

61

3.5.3. Perfil B Condiciones Proyectadas Estático Se analiza el Perfil B en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la


una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad;

el talud superior se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm y perfilación a 12° de la horizontal;

el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos de 8m de profundidad, previamente perfilado a 30° de la

horizontal. Se obtiene un factor de seguridad de 1.570 en condición seudo-estática Como se muestra en el

grafico 37.

Gráfico 37. Perfil B Estado Análisis Condiciones Proyectadas Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.

Según la Norma Sismo Resistente, NSR-10 título H, El factor de seguridad que se tendrá en cuenta para los

métodos de estabilización en estado ESTATICO es de 1.5. por lo que el talud en estado Estático analizado

con condiciones proyectadas SI CUMPLE la normatividad.

62

3.5.4. Perfil B Condiciones Proyectadas Seudo-Estático Se analiza el Perfil B en su condición proyectada, implementando las siguientes actividades para lograr la


una altura de 3,5m, de los 3,5m de altura 1m está enterrado y otro muro de concreto de 2,5m de profundidad;

el talud superior se estabiliza con un recubrimiento en concreto de 10cm y perfilación a 12° de la horizontal;

el talud inferior se estabilizo con anclajes pasivos de 8m de profundidad, previamente perfilado a 30° de la

horizontal. Se obtiene un factor de seguridad de 1.188 en condición seudo-estática. Como se muestra en el

grafico 38.

Gráfico 38. Perfil B Análisis Condiciones Proyectadas Seudo-Estático. Fuente: Elaboración propia con el programa Slide V06.


métodos de estabilización en estado SEUDO-ESTATICO es de 1.05. por lo que el talud en condición

proyectado Seudo-Estático SI CUMPLE la normatividad.

63

3.6. Obras de Estabilidad

Perfilación de Taludes

Anclajes Pasivos

Recubrimiento en Concreto

Muros de Contención

Gráfico 39. Esquema Obras de Estabilización. Fuente: Elaboración mediante AutoCAD Modificado en Paint.

Gráfico 40. Esquema diseño de muros en suelo mecánicamente estabilizado con geosintéticos Fuente: programa

Geosoft.

Nota: Se anexa el reporte: DISEÑO DE MUROS EN SUELO MECÁNICAMENTE ESTABILIZADO CON

GEOSINTÉTICOS.

64

3.7. RECOMENDACIONES

Precaución durante los movimientos de tierra para evitar el colapso del suelo, ya que varios

accidentes se han producido por colapso del suelo, ocasionando muertes a los trabajadores.

Además, se ocasionan daños a las propiedades adyacentes, cuando se hacen perfilaciones o cortes

a los taludes, para colocar tuberías de agua o desagüe, o para construir estructuras de estabilidad.

Conocer las teorías que explican las fuerzas internas, de una masa de suelo, durante el colapso de

los lados de un talud, así como el uso de sistemas de contención. El ingeniero de suelos debe prever

la posible falla del suelo, y detallar los soportes y calzaduras en sus diseños, pues también es su

responsabilidad aprobar o rechazar el procedimiento constructivo, para la ejecución de su diseño .

Se debe hacer un control arduo de aguas de escorrentía y las aguas lluvias en la parte superior del

talud a través de zanjas de coronación, cuyas aguas deben ser conducidas a sitios en donde su

entrega no produzca socavación y acelere procesos de desgaste del suelo; estas estructuras son

canales interceptores diseñados generalmente para lluvias con períodos de retorno de 10 años; en

caso de no poder ser ellas conducidas a canales naturales o sitios apropiados, deben construirse

canales con disipadores de energía y pocetas o aliviadero.

El control de la pendiente es un punto que debe ser atendido adecuadamente; dicho control puede

acudir o bien al peinado de taludes o bien a la conformación de terrazas, de acuerdo a la situación

particular que se enfrente.

Para el control de las aguas subterráneas se deben emplear comúnmente subdrenes interceptores,

los cuales constan de zanjas rellenas de material filtrante y elementos de captación y transporte de

agua.

Considerar un cubrimiento con vegetación, como punto de partida de un programa de repoblamiento

vegetal que vaya a ser desarrollado en los taludes, considerando la limitada oferta edáfica que

condiciona de manera dramática el establecimiento y desarrollo de la vegetación de cara a la

obtención de un cubrimiento adecuado contra la acción erosiva de la lluvia.

65

4. DISEÑO PAVIMENTO

Gráfico 41. Presiones verticales ejercidas por las llantas. Fuente: Hugo León Arenas Lozano.

4.1. GENERALIDADES

4.2. DEFINICIÓN DE PAVIMENTO Un pavimento se puede considerar como una estructura, constituida por varias capas de materiales

seleccionados, diseñada y construida técnicamente con el objeto de brindar el tránsito de vehículos de una

manera rápida, cómoda, segura, eficiente y económica. En esta definición funcional se destaca la razón de

ser de la construcción de un pavimento. Una definición de tipo estructural es dada por la Organización de

los Estados Americanos, y define al pavimento como una superestructura de una vía, construida sobre la

subrasante, y compuesta normalmente por la sub-base, la base y la capa de rodadura, cuya función es la

de soportar las cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno de fundación, distribuyéndolos en tal

forma que no se produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer una superficie lisa y resistente

para los efectos del tránsito. (LOZANO, s.f.)

4.3. Volumen Definición: “Número de vehículos o peatones que pasa por una sección transversal de una vía o calzada o

carril por unidad de tiempo, durante un tiempo determinado”.

“pasa”: cuando cruza el extremo posterior del vehículo por la sección transversal.

“unidad de tiempo”: hora, día, semana, mes o año.

El volumen es semejante al término frecuencia o tasa de flujo y como varía constantemente se utiliza el

“valor medio”.

Significado del volumen de tránsito.

66

Es uno de los parámetros fundamentales para definir el tránsito junto a la velocidad media y la

densidad.

De los tres parámetros es el más fácil de medir.

Interesa más al ingeniero de tránsito porque la velocidad media y la densidad la percibe mejor el

conductor.

4.3.1. Aplicaciones del volumen

Medida de utilización vial: Es un índice del uso del sector en referencia mediante el Tránsito

Promedio Diario Anual (TPDA), mensual (TPDM) o semanal (TPDS).

Medida de la demanda de tránsito y oferta vial

“Demanda de tránsito”: “es el número de vehículos por unidad de tiempo cuyos ocupantes quieren

pasar por una sección transversal de una vía, calzada o carril durante cierto periodo de tiempo”.

“Oferta vial”: “máxima frecuencia con que pueden pasar por esa sección los vehículos que llegan a

ella en un momento y circunstancias dadas”.

Calidad del servicio (Índice de servicio) = s la relación entre la demanda y la oferta, la primera se

obtiene mediante la ejecución de estudios de tránsito y la segunda a través de la aplicación de

métodos para determinar la capacidad vial. Cuando la demanda igual o supera la oferta (Calidad

del servicio>1) se produce la “congestión”.

4.3.2. Tránsito Promedio Diario y Volumen Horario Según la AASHTO (Asociación Americana de Autoridades Estatales de Vías y Transporte) el TPD

es la unidad general de medida del tránsito en una vía.

TPD: “volumen total durante un periodo de tiempo dado (en días completos), mayor que un día y

menor que un año, dividido entre el número de días de ese periodo”. (Por ejemp lo, el TPDA)

TPDA: Se usa para el planeamiento y estudios económicos de vías, pero es demasiado global

para determinar las características geométricas y realizar análisis de circulación. En vías urbanas

se usa el volumen medio anual en los días laborables porque los fines de semana no suele ser

crítica.

Volumen Horario: “resultan de dividir el número de vehículos que pasan por una sección

transversal vial, en un periodo de tiempo, entre el valor de ese periodo de tiempo en horas”.

Se usa para diseñar geométricamente, para los análisis de circulación y la regulación del tránsito.

4.3.3. Composición de los volúmenes. Interesa conocer la composición por las siguientes razones:

Determinar la interacción vehicular en la corriente de tránsito, por ejemplo, la influencia de los

vehículos con relación peso/potencia alta.

El efecto de la proporción de vehículos grandes y con radio de curvatura amplio en la

determinación de las características geométricas o el peso de ellos en el diseño estructural del

pavimento.

67

Los recursos que se pueden obtener de los usuarios dependen del porcentaje de vehículos

comerciales. En el cuadro siguiente se muestra la participación que tienen distintos tipos de

vehículos en la corriente vehicular.

Tabla 20. Porcentaje de Vehículos.

4.4. Variaciones de los volúmenes de tránsito. 4.4.1. Variación diaria

Hay más variación en vías urbanas que en las rurales (excepto si son vías turísticas o cerca de una

ciudad).

Se identifica mediante las horas o periodos pico y valle que se observan principalmente en las vías

urbanas y rurales próximas a las ciudades.

Hora o periodo pico: Cuando la demanda de tránsito alcanza los volúmenes máximos y los

usuarios toman una actitud más dinámica.

Hora o periodo valle: Corresponde a los periodos donde se presentan los volúmenes menores

durante el día, en ellos los usuarios son menos activos.

Variaciones dentro de la hora pico:

Son de interés debido a que los incrementos pronunciados y de poca duración en la demanda que

superen la oferta producen congestión que tarda un tiempo más largo en disiparse.

Esta variación se denota en estudios de capacidad vial como el Factor de Hora Pico (FHP) o Factor

de Pico Horario que es la relación entre el volumen medido en la hora y el equivalente en términos

de una hora que corresponde al flujo medido en el subperiodo de aforo más cargado que

generalmente es de 15 minutos de duración (se consideran periodos de 5 minutos cuando se estudia

la capacidad de autopistas). Un valor bajo significa que hay mucha variación del tránsito en la hora

y uno alto (el máximo es 1) supone que el tránsito es constante o varia muy poco.

4.5. Teoría de flujo de tránsito 4.5.1. Naturaleza e interés del tema

Los problemas del tránsito resultan complejos y sus soluciones, en proporciones similares, han exigido el

análisis o conceptualización rigurosa del fenómeno a través de modelos de tipo científico. Sin embargo,

estos esfuerzos no han sido suficientes para acercar el desarrollo teórico a su aplicabilidad a la vida real.

4.5.2. Modelos de tránsito. Se han hecho descripciones matemáticas del tránsito vial en casi todo tipo, pero solo se han logrado

relaciones con ajuste a la realidad aceptable en rampas, estaciones de peaje y estacionamientos. La

principal investigación teórica ha sido hacia las carreteras de dos carriles. El análisis teórico puede enfocarse

así:

País Vías rurales Vías urbanas Buses

EUA 12% 6% <3%

Colombia 27% 9%

68

1. Análisis empírico: Busca la relación causa efecto que los datos muestran.

2. Análisis teórico-matemático

A. Con estructura determinística: Busca la relación causa-efecto sobre parámetros medios o

agregados que no aceptan variaciones en las variables y su bondad depende del ajuste de

resultados con la realidad.

B. Con estructura estocástica: Contrario a lo anterior acepta fluctuación de las variables. La teoría de

colas se ha empleado con profusión ayudados de hipótesis simplificadas típicas como la distribución

de llegadas Poisson y la distribución determinística o exponencial de los tiempos de servicio.

3. Simulación: Ha demostrado una eficacia enorme cuando los problemas son inabordables

matemáticamente.

Las ventajas son: Capacidad para incrementar el realismo al poder eliminar hipótesis

simplificadoras y capacidad para mirar el sistema en forma microscópica.

4.6. ESTUDIOS DE TRÁNSITO Cuando se desea analizar y resolver problemas de circulación de vehículos se requiere conocer

profundamente la variable que la representa y que se denomina en forma genérica el tránsito, es decir, la

circulación de los vehículos sobre las vías. Pero esta variable, para ser definida completamente, necesita

conocer varias características como el número de vehículos que circulan en la unidad de tiempo por una

sección transversal de la vía, su variación a lo largo del día, de la semana, del mes o del año, la composición

vehicular, las maniobras que realizan, entre otras.

Los problemas de circulación de tránsito pueden resolverse o mitigarse con soluciones que emanan del

conocimiento profundo del tránsito por esto es decisiva la forma y calidad de medir las características del

tránsito mencionadas.

Volumen: Es la cantidad de vehículos que cruzan una sección transversal de la carretera en la unidad de

tiempo y se diferencia de “flujo” que se emplea para referirse a la modelación de una corriente vehicular.

El volumen se emplea para cuantificar la demanda, para medir la utilización vial y para expresar la capacidad

de la carretera.

Lo que se describe a continuación hace referencia a los conceptos, criterios y procedimientos para observar

y registrar las diferentes características del tránsito.

4.7. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DE LA EXPLANACIÓN Y DE LA CAPA DE SUBRASANTE

La subrasante es mucho más deformable que las demás capas que constituyen un pavimento. Por lo tanto,

es necesario realizar todos los estudios necesarios con el propósito de poder conocer su capacidad de

soporte o la resistencia a la deformación producida por los esfuerzos inducidos por el tránsito. Igualmente,

se deben tener en cuenta los posibles cambios en el contenido de agua los que serán más críticos si la

subrasante presenta características expansivas. (LOZANO, s.f.)

Comentado [U1]: Justificar el documento

69

4.8. EL CLIMA El clima influye directamente en el programa de construcción de las diferentes capas que conforman la

estructura del pavimento. (LOZANO, s.f.)

Los niveles de las precipitaciones inducen a cambios continuos en el nivel de las aguas freáticas y

en los programas de construcción, así como a la programación y diseño de estructuras

complementarias de drenaje. Este factor es mucho más crítico cuando se están realizando mezclas

en la vía, operaciones de movimiento de tierras, procesos de compactación y extendido de mezcla

asfáltica, entre otras actividades, por lo que éstas deberán realizarse durante la época seca (Figura

42).

Los cambios bruscos de la temperatura inducen esfuerzos en las losas de concreto hidráulico

muchas veces mayores a los producidos por las cargas del tránsito. Igualmente, pueden

presentarse cambios extremos en la consistencia de los materiales bituminosos lo que puede llevar

a la presencia de fallas en la capa superior de un pavimento flexible lo que afectará el

comportamiento de toda la estructura.

Es igualmente importante el conocimiento de otros índices regionales: humedad, vientos,

nubosidad, los cuales son utilizados en algunos métodos de diseño de los espesores de las capas

de la estructura de pavimento.

Gráfico 42. Construcción vial afectada por lluvias. Fuente: Hugo León Arenas Lozano.

70

4.9. FACTORES INTRÍNSECOS Existen otros factores que van a afectar de manera significativa el proyecto de la estructura de un pavim ento,

entre los más importantes se tienen:

El entorno o medio ambiente.

La calidad de los materiales utilizados en la construcción.

La Deformabilidad de las distintas capas que conforman la estructura de pavimento.

La Durabilidad del conjunto (periodo de diseño).

El Costo (relación costo-beneficio).

El programa de conservación. Es necesario llevar la historia de servicio del pavimento.

Los elementos de iluminación de la vía.

Las dimensiones de la obra.

El equipo disponible y la experiencia de las empresas constructoras.

Medidas de política regional, local o nacional.

4.10. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS De un modo bastante arbitrario y con fines fundamentalmente prácticos, los pavimentos han sido divididos

para su estudio en cuatro grupos, a saber (Figura 43):

Pavimentos flexibles.

Pavimentos rígidos.

Pavimentos semirigidos.

Pavimentos articulados o de adoquines.

Gráfico 43. Clasificación de los pavimentos. Fuente: Hugo León Arenas Lozano.

De acuerdo con esta clasificación los pavimentos se diferencian y definen por los materiales de que están

constituidos y de la manera como se estructuran, y no por la forma en como distribuyen los esfuerzos y

deformaciones producidos por los vehículos a las capas inferiores, lo cual constituiría un criterio de

clasificación más acorde con la realidad. (LOZANO, s.f.)

71

4.11. DISEÑO DE PAVIMENTO Ubicación: Venecia

Clima: En Venecia, los veranos son cortos y caliente, los inviernos son cortos y cómodos y está mojado y

nublado todo el año. Durante el transcurso del año, la temperatura generalmente varía de 18 °C a 26 °C y

rara vez baja a menos de 16 °C o sube a más de 28 °C.

Tabla 21. Clima Municipio de Venecia. Fuente: Municipio de Venecia

Gráfico 44. Climograma Venecia. Fuente: Municipio de Venecia

72

Gráfico 45. Temperatura media mensual Municipio de Venecia – Curva de Temperatura Ponderada media mensual Anual.

Se Obtiene lo siguiente:

Tabla 22. Tabla Factor de Ponderación

MES MMTA (°C)

FACTOR DE

PONDERACIÓN

ENERO 22.1 1.3

FEBRERO 22.7 1.4

MARZO 23.3 1.5

ABRIL 23.2 1.5

MAYO 22.8 1.5

JUNIO 22.3 1.3

JULIO 22.8 1.4

AGOSTO 22.5 1.3

SEPTIEMBRE 22 1.3

OCTUBRE 21.9 1.3

NOVIEMBRE 21.7 1.3

DICIEMBRE 21.7 1.3

Factor ponderación 16.4

73

4.11.1. CLASIFICACIÓN DE LOS VEHICULOS EN COLOMBIA

Gráfico 46. Esquema Clasificación de Vehículos en Colombia.

4.11.2. CALCULOS Teniendo presentes los aforos suministrados por el docente se tomaron los de VOLUMENES DE TRÁNSITO AFOROS VEHICULARES SERVICIOS

DE CONSULTORIA PARA ELABORAR LOS ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA EL MANTENIMIENTO PERIODICO (REHABILITACION) DE LA VÍA

SAN PEDRO DE LOS MILAGROS - ENTRERRIOS. 22,5 KM. CONSULTOR REGENCY S.A. OCTUBRE 2009. Para nuestro proyecto que es una

unidad residencial, en el Municipio de Venecia Antioquia.

Tabla 23. Cálculo TPDS, mediante los aforos. Fuente: suministrados Docente del Seminario de Geotecnia Víal

Mediante la Formula:

𝑇𝑃𝐷𝑆 =𝑇𝑆

7

Teniendo en cuenta la Expansión de 24 Horas del 10%

Se Calcula el porcentaje de camiones mediante la formula

Ʃ 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 24𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 10% = 𝐶2𝑃𝑒𝑞𝑢𝑒ñ𝑜 + 𝐶2𝐺𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 + 𝐶3𝑦𝐶4 + 𝐶5 + 𝐶6

% 𝐶𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 =𝑇𝑟𝑎𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐸𝑥𝑝 24𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 10%

Ʃ 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 24𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 10%

Tabla 24. Método de diseño TMA para calcular el % Camión

Cabe resaltar que los factores de equivalencia fueron tomados de la Universidad del Cauca que están previamente establecidos para cada tipo de

vehículo, como se muestra en la Tabla 24.

A continuación, se calcula el FC Camión y el FC Camión y Buses

CANTIDAD %CAMIONES

CAMIONES 421 32.99

% CAMIONES %BUSES

C2 pequeño 1.14 29

C2 grande 3.44 63

C3 3.76 4

C2-S1 3.37

C4 6.73

C3-S1 2.22

C2-S2 3.42

C3-S2 4.40 2

C3-S3 4.72 3

Bus P 600 0.40 10

Bus P 900 1.00

Buseta 0.05

5.245

0.7

2.86

2.36

METODO DE DISEÑO TMA

FACTORES DE EQUIVALENCIA

UC 1996

COMBINACION C3-C4

PROMEDIO FC BUSES

FC (camiones)

FC (Caminones y Buses)

Tabla 25. Factor Camión. Fuente: Elaboración Propia

Se obtiene un FC (camiones) de 2.86 y un FC (camiones y buses) de 2.36

De los siguiente se prosigue el diseño del pavimento de los cuales ya se tienen valores determinados tales como el % de Transito Inducido (12), %

Rata de crecimiento (3) y Periodo de diseño (10)

Tabla 26. Datos para calcular el N. Fuente: Elaboración Propia

5.245

0.7

2.86

2.36

COMBINACION C3-C4

PROMEDIO FC BUSES

FC (camiones)

FC (Caminones y Buses)

TPD 1429

%Transito inducido 0.12

Rata de crecimiento 0.03

Factor camion 2.36

Transito comercial carril de diseño 50

Factor distribucion 32.99

Periodo de diseño 10

DATOS PARA HALLAR N DISEÑO

Se calcula el N ejes con la siguiente formula, teniendo presentes los valores obtenidos en la Tabla 26.

𝑁 = 𝑇𝑃𝐷 𝑥 𝐴

100𝑥

𝐵

100 𝑥 365 𝑥

(1 + 𝑟)𝑛

ln (1 + 𝑟) 𝑥 𝐹. 𝐶

Tabla 27. Cálculo del N ejes. Fuente Elaboración Propia

Teniendo ya el N de diseño procedemos a calcular la estructura del pavimento en base a las cartas de diseño.

Se promedian los %CBR

Tabla 28. Promedios % CBR. Fuente: Elaboración propia

1429

33

50

0.03

10

2.36

2361117

2.E+06

(TPD)

(A)

( B)

(r)

(n)

(FC)

N

CBR % 2.90

CBR % 3.50

CBR % 5.60

CBR % 5.80

PROM CBR% 4.45

CBR DE SUELOS COMPACTADOS EN EL LABORATORIO Y SOBRE

MUESTRA INALTERADA

CBR INALTERADO CORREGIDO DESPUES DE SUMERGIDO %

Tabla 29. % CBR DATOS suministrados por la profesora Eileen Salgado.

Gráfico 47. Cálculos de las Condiciones climáticas del municipio de Venecia (Ant).

Ahora teniendo el N, Temperatura media promedio y la precipitación se procede a determinar la ubicación del proyecto en las cartas de diseño de

estructuras de pavimento flexible.

MES MMTA (°C)FACTOR DE

PONDERACIÓN

ENERO 22.1 1.3

FEBRERO 22.7 1.4

MARZO 23.3 1.5

ABRIL 23.2 1.5

MAYO 22.8 1.5

JUNIO 22.3 1.3

JULIO 22.8 1.4

AGOSTO 22.5 1.3

SEPTIEMBRE 22.0 1.3

OCTUBRE 21.9 1.3

NOVIEMBRE 21.7 1.3

DICIEMBRE 21.7 1.3


CLIMA MUNICIPIO DE VENECIA (ANT)

Tabla 30. Datos y resultados de la estructura del pavimento.


Temperatura Promedio °C 22.42

Precipitación Promedio (mm) 2296 Ʃ Tabla Climatica

Promedio CBR Inalterado % 4.45

CARTA Nª REGION CLIMATICACATEGORIA DE

SUBRASANTE

CATEGORIA DE

TRANSITO

MATERIALES DE

CONSTRUCCIÓN

5 R5 S1-S5 T1-T9 VARIABLES

Gráfico 48. Estructura de pavimento y opciones de diseño. Fuente: Elaboración propia.

Factor ponderación % 0.85 Docente Seminario

OPCION 1 ESPESOR EN cm

MDC-2 10

BG-2 35

SBG-1 45

TOTAL 90

OPCION 2 ESPESOR EN cm

MDC-2 7.5

BEE-1 15

BEE-1 15

SBG-1 40

TOTAL 77.5

ESPESORES DE DISEÑO PAVIMENTO

Gráfico 49. Opciones de diseño para la estructura de pavimento. Fuente: Elaboración propia.

Resultados

Se determina realizar la estructura de pavimento en base a la opción 2, ya que el pavimento a diseñar es

para vías internas de una urbanización residencial, y tener una carpeta asfáltica de 7,5cm determina menos

costos, además de que por las condiciones de los estratos obtenidos en los ensayos de exploración se debe

tener una estructura con materiales especiales de buena calidad y estado.

Gráfico 50. Esquema de la opción escogida para el diseño de la estructura

84

CONCLUSIONES ACADEMICAS

La ingeniería civil es un campo que crece cada día en todas sus aplicaciones, pero la que crece

exponencialmente es la geotecnia vial ya que esta involucra dos grandes ramas que ayudan al

progreso de una nación (vías y suelos). Para ello es indispensable adquirir conocimientos que

podamos utilizar en este ámbito que, con certeza podemos decir que serán usados una vez estemos

actuando en el campo laboral. Teniendo en cuenta lo dicho anteriormente se puede proceder a

identificar parámetros, procesos, factores de seguridad, coeficientes y demás requisitos para el

diseño de pavimentos y estabilización de taludes que se pueden obtener por medio de ensayos de

laboratorio e in situ. En particular nos situaremos en el municipio de Venecia, ubicado en el

departamento de Antioquia, que, gracias al estudio topográfico, al estudio de suelos, al estudio de

hidrología, coeficientes sísmicos y demás criterios se puede ejecutar la estabilización de taludes en

el programa Slide.

Por otra parte, una vez realizada la estabilización de taludes se puede calcular el tránsito vehicular

que la futura vía puede tener, para ello se pueden realizar aforos, que, basados en estos se tienen

el número total de ejes que circularían en dicha vía. En base a todo ello y a los estudios de suelos,

recurrimos a las cartas de diseño que nos ayudan a tener una clara idea del pavimento que se va a

usar en nuestra vía, teniendo éstos espesores de: SBG-1 (40 cm), BEE-1 (15 cm), BEE-1 (15 cm) y

MDC-2 (7.5 cm), como nota se debe tener en cuenta que se adoptó este modelo por ser más

económico en comparación del otro (opción 1). Cabe anotar que para el buen funcionamiento de la

vía en diseño y futura construcción es primordial la implementación de materiales de alta calidad,

ya que estos aumentan considerablemente la vida útil de la estructura y evitan la constante

intervención para su posterior arreglo.

La importancia que tiene la ubicación de un proyecto es indispensable para la elaboración de

cualquier trabajo de geotecnia, ya que ahí radica la viabilidad del proyecto, las condiciones

climáticas, topográficas y geológicas se verán directamente referenciadas al punto de ubicación del

proyecto, de esta forma determinando las características del suelo

Podemos deducir que la geotecnia vial es en gran medida una de las aplicaciones de la ingeniera

que más demanda tiene hoy en día, por ello se hace preciso e imprescindible adquirir conocimientos

que dan un plus o un valor agregado frente a otros ingenieros.

Se realiza este trabajo dejando mucha riqueza a nivel profesional, el poder adquirir todos los

conocimientos de este amplio trabajo fortalece nuestros conocimientos que sin duda alguna serán

vitales en nuestro futuro como Ingenieros Civiles, y mas de un tema tan global en nuestro gremio

como lo es la Geotecnia, Las vías y los Pavimentos.

85

BIBLIOGRAFÍA

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http://www.minambiente.gov.co/

Catanzariti, F. (13 de Junio de 2016). Geostru. Obtenido de Geostru: https://www.geostru.eu/es/estabilidad-

de-taludes/

Construmática. (4 de Junio de 2014). Construmática. Obtenido de Construmática:

https://www.construmatica.com/construpedia/Nivel_Fre%C3%A1tico

LOZANO, H. L. (s.f.). C O N C E P T O S F U N D A M E N T A L E S. Obtenido de C O N C E P T O S F U

N D A M E N T A L E S: file:///D:/Datos_Usuario/Downloads/CAPITULO%201%20%202015.pdf

Ministerio de Ambiente, V. y. (1997). Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10.

Obtenido de Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10:

https://www.idrd.gov.co/sitio/idrd/sites/default/files/imagenes/titulo-a-nsr-100.pdf

Suarez, J. (12 de Febrero de 2017). Métodos de Manejo y Estabilización. Obtenido de Métodos de Manejo

y Estabilización: file:///D:/Datos_Usuario/Downloads/librodeslizamientost2_cap1.pdf

Venecia, I. g. (14 de Junio de 2015). Alcaldía del municipio. Obtenido de Alcaldía del municipio:

http://www.venecia-antioquia.gov.co/informacion_general.shtml

Documents

Seminario Taller de Geotecnia Vial como Modalidad de grado