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ANALISIS DE ESTABILIDAD Y DISEÑO DE OBRAS DE CONTENCIÓN DEL

TALUD NORTE DEL COLEGIO RURAL PALMIRA EN EL MUNICIPIO DE SAN

VICENTE DE CHUCURÍ, DEPARTAMENTO DE SANTANDER

GUILLERMO GALINDO GUERRERO

CLAUDIA PATRICIA RINCON M.

UNIVERSIDAD DE SANTANDER

PROGRAMA DE POSGRADO

ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA AMBIENTAL

BUCARAMANGA

2015

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ANALISIS DE ESTABILIDAD Y DISEÑO DE OBRAS DE CONTENCIÓN DEL

TALUD NORTE DEL COLEGIO RURAL PALMIRA EN EL MUNICIPIO DE SAN

VICENTE DE CHUCURÍ, DEPARTAMENTO DE SANTANDER

GUILLERMO GALINDO GUERRERO

CLAUDIA PATRICIA RINCON M.

Trabajo de aplicación presentado como requisito para optar el título de

Especialista en Geotecnia Ambiental

Director

Laura González (I.C., M.sc.)

UNIVERSIDAD DE SANTANDER

PROGRAMA DE POSGRADO

ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA AMBIENTAL

BUCARAMANGA

2015

3

Nota de Aceptación

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

Presidente del Jurado

____________________________

Jurado

____________________________

Jurado

4

A mi esposa Martha Yaneth por su asiduo apoyo,

A mis padres por sus constantes consejos

A toda mi familia…

GUILLERMO

5

AGRADECIMIENTOS

Agradezco inmensamente a Dios por permitirme alcanzar este sueño.

A la Universidad de Santander por permitirme formar parte del cuerpo docente y

cada día incentivarme a proseguir con mis estudios.

Al Ing. Hugo Alberto León Téllez por su constante apoyo.

A todos los docentes de la Especialización en Geotecnia…Gracias.

GUILLERMO

"Todo en la vida tiene un motivo, una razón de ser y siempre está llena de

esperanzas y de metas; mi meta era aprender y conocer sobre Geotecnia y lo

logré; gracias a los conocimientos e ideas transmitidas por los docentes, a los

aportes de los colegas compañeros de clase. Gracias a las directivas de la

Universidad de Santander, en especial al Ing. Omar Suancha por brindarme la

oportunidad de pertenecer a este grupo de Especialistas en Geotecnia Ambiental"

CLAUDIA

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TABLA DE CONTENIDO

1. GENERALIDADES................................................................................................................................... 13

1.1. LOCALIZACION DEL PROYECTO .................................................................................................. 13

1.2. OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................... 14

1.3. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................................ 14

1.4. PROBLEMÁTICA ACTUAL .............................................................................................................. 15

2. GEOLOGIA .............................................................................................................................................. 16

2.1. GEOLOGIA REGIONAL ................................................................................................................... 16

2.2. GEOLOGIA LOCAL ......................................................................................................................... 17

2.3. GEOLOGIA ESTRUCTURAL ........................................................................................................... 17

2.4. GEOMORFOLOGIA ......................................................................................................................... 18

3. MARCO TEORICO PARA EFECTUAR EL ANALISIS DE ESTABILIDAD ............................................... 19

3.1. SUELO RESIDUAL .......................................................................................................................... 19

3.1.1. Deslizamiento en Suelos Residuales ...................................................................................... 20

3.2. LOS TIPOS DE DESLIZAMIENTOS ................................................................................................ 21

3.2.1. Deslizamiento Rotacional ........................................................................................................ 21

3.2.2. Deslizamiento Traslacional ...................................................................................................... 21

3.3. METODOS DE CÁLCULO PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD ................................................ 22

4. ANALISIS GEOLOGICO-GEOTECNICO DEL TALUD EN ESTUDIO ..................................................... 25

4.1. DESCRIPCION Y DIAGNOSTICO GEOTECNICO DEL TALUD ..................................................... 25

4.2. TOPOGRAFIA DETALLADA ............................................................................................................ 27

4.2.1. Toma de Información Topográfica ........................................................................................... 27

4.3. SONDEOS GEOTECNICOS ............................................................................................................ 30

4.4. PERFILES ESTRATIGRAFICOS ..................................................................................................... 32

4.5. ENSAYOS DE LABORATORIO ....................................................................................................... 38

4.5.1. Cálculo de RQD....................................................................................................................... 38

4.5.2. Ensayo de Corte Directo ......................................................................................................... 38

4.5.3. Ensayos para clasificación de suelos y humedad ................................................................... 41

5. ANALISIS DE ESTABILIDAD Y MODELACION GEOTECNICA .............................................................. 43

5.1. ANALISIS GEOTECNICO ................................................................................................................ 43

5.2. ANALISIS Y MODELACION GEOTECNICA EN EL SOFTWARE GEO5 V.17 ................................ 44

5.2.1. Análisis del talud en condiciones iniciales ............................................................................... 44

6. ANALISIS DE ESTABILIDAD Y DISEÑO DE OBRA DE CONTENCION CON LA ALTERNATIVA SELECCIONADA .............................................................................................................................................. 48

6.1. ANALISIS DEL TALUD CON LA OBRA PROPUESTA .................................................................... 48

6.2. DISEÑO DEL MURO DE CONTENCION – ALTURA UTIL = 4.5m .................................................. 50

6.2.1. Dimensionamiento del muro de contención ............................................................................. 51

6.2.2. Verificación de equilibrio (Volcamiento y Deslizamiento) ........................................................ 52

6.2.3. Verificación del espolón ........................................................................................................... 52

6.2.4. Verificación de la junta constructiva ........................................................................................ 53

6.2.5. Verificación del talón ............................................................................................................... 53

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6.2.6. Verificación del salto delantero ................................................................................................ 54

6.2.7. Verificación de la capacidad portante ...................................................................................... 54

6.3. DISEÑO GEOTECNICO DEL CAISSON ......................................................................................... 55

6.3.1. Cálculo del módulo de reacción horizontal .............................................................................. 56

6.3.2. Cálculo de asentamientos ....................................................................................................... 57

6.3.3. Verificación de la capacidad horizontal ................................................................................... 58

6.4. MANEJO DE AGUAS SUPERFICIALES Y SUBTERRANEAS ........................................................ 59

6.4.1. Evaluación del caudal de diseño ............................................................................................. 59

7. RESULTADO DE LA OBRA DE CONTENCION PROPUESTA ............................................................... 62

7.1. RESULTADOS Y PLANOS DEL DISEÑO ....................................................................................... 62

7.2. PROTECCION Y EMPRADIZADO SUPERFICIAL .......................................................................... 67

8. CONCLUSIONES .................................................................................................................................... 68

9. RECOMENDACIONES…………………………………………………………………………………………….69 10. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................ 71

ANEXOS............................................................................................................................................................ 72

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RESUMEN

TÍTULO: ANALISIS DE ESTABILIDAD Y DISEÑO DE OBRAS DE CONTENCION DEL TALUD NORTE DEL COLEGIO RURAL PALMIRA EN EL MUNICIPIO DE SAN VICENTE DE CHUCURÍ, DEPARTAMENTO DE SANTANDER AUTORES: GUILLERMO GALINDO GUERRERO CLAUDIA PATRICIA RINCON M. PALABRAS CLAVES: Análisis de estabilidad, mecanismos de falla, geotecnia ambiental, factor de seguridad.

Para analizar la estabilidad de un talud existen diversas herramientas tales como los análisis gráficos, cálculos manuales y el uso del software, siendo este último el más utilizado en la actualidad. Como parte indispensable de este tipo de análisis, es necesario conocer las limitaciones y fortalezas de cada una de estas herramientas. Dentro de las metodologías más usadas en las últimas décadas se encuentran los métodos determinísticos en los cuales se analiza un talud en términos de la relación esfuerzo-deformación del suelo, estabilidad en función de un factor de seguridad y la inestabilidad en función de las causas que lo originan; teniendo en cuenta situaciones más complejas como la geometría del talud, parámetros geológicos, geomorfológicos, las propiedades de los suelos y los flujos de agua. Uno de los problemas de la geotecnia tiene como punto de partida la falta de conocimiento de los mecanismos potenciales de falla de un talud. Por citar un ejemplo, al analizar un talud, no se tienen en cuenta todos los parámetros geotécnicos, condiciones geológicas, características de drenaje del sitio en estudio o el aumento de la sobrecargas del suelo. Por lo anterior se plantea el presente estudio, el cual incluirá el diseño del Talud Sector Norte del Colegio Rural Palmira, emplazado en el Municipio de San Vicente de Chucurí, Departamento de Santander, el cual fue afectado por un deslizamiento de tipo rotacional. En el estudio, se describirá y se ilustrará de manera sencilla cada uno de los factores, procesos y mecanismos detonantes de inestabilidad en taludes (comportamiento geotécnico de suelos residuales, la topografía, perfil de meteorización, los flujos de agua y la intervención antrópica) y la forma como afectan la estabilidad de un talud. Desde el punto de vista de la geotecnia, se presentaran además los pasos adecuados para analizar la estabilidad de un talud. Para diseñar adecuadamente las obras de estabilización es importante el cálculo de los factores de seguridad, los cuales, como herramienta simbolizan un elemento básico de los modelos conceptuales, como actividad fundamental para el diagnostico y estabilización a los problemas de deslizamientos.

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Para el presente trabajo se recopiló información bibliográfica, oficial, notas de clase y de varios estudios e investigaciones de los propiedades de los suelos del municipio de San Vicente de Chucurí y su área de influencia, la cual está caracterizada por ser una zona de alta inestabilidad geológica, debido a que convergen varios coluviones de los cuales se destaca el coluvión La Renta - La Leona

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SUMMARY

TITLE: STABILITY ANALYSIS AND DESIGN OF CONTENTION WORKS ON PALMIRA SECTOR NORTH SLOPE RURAL SCHOOL IN THE MUNICIPALITY OF SAN VICENTE DE CHUCURI, DEPARTAMENTO DE SANTANDER AUTHORS: GUILLERMO GALINDO GUERRERO CLAUDIA PATRICIA RINCON M. KEY WORDS: Analysis of stability, mechanisms of fault, environmental

geotechnia, safety factors.

There are several tools used to analyze the stability of a slope, including the analysis of graphic analyses, manual calculation and the use of software, being the latter the most widely used at present. An important part in this type of analysis is to know the limitations and strengths of each tool. One of the most widely used type of methodology is the deterministic method in which the slope is analyzed in terms of the effort-deformation of the soil relationship, of the stability in terms of a security factor and the instability in terms of the causes that have originated it, having into account situations that are more complex such as the geometry of the slope, the geological parameters, the properties of the soil, and the water flows, etc. One of the issues geotechnia has starts with the lack of knowledge of the potential mechanisms in the fault of the slope. Just to mention an example, in the analysis of a slope issues such as geotechnical parameters, geological conditions, characteristics of the drainage of the area of study or the overcharge of the soil are not considered. Because of these issues, the present study is conducted and it will include the design of the slope, Palmira Sector North Slope Rural School in the Municipality of San Vicente de Chucuri, Departament de Santander, which was affected by a slide of rotational type. The study will describe the way in which each of the factors, processes and mechanisms that are responsible for the instability in slope (slides) (geotechnical behavior of residual soils, the topography, profile of weathering (meterorizacion), water flows, anthropic intervention, etc.) and the way in which these affect the stability of a slope. From the viewpoint of geotechnia, the study will also address the steps that are required in the analysis of the stability of the slope as well as a comparison by the method of finite elements. In order to adequately analyze a work of stabilization it is important to design models, for example, the calculation of security factors as tools symbolizes a basic element of the conceptual models, as a fundamental activity for the diagnostics and stabilization of the problems associated with slides.

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In order to elaborate the present work, both official information, class notes and data from various investigations of the properties of the soil of the municipality of San Vicente de Chucuri and surrounding areas were used, which is characterized by its high geological instability due to the convergence of several coluvions such as the La Renta (La Leona) Coluvion.

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INTRODUCCIÓN

El presente documento corresponde a un trabajo investigativo y es parte

fundamental para obtener el título de Especialistas en Geotecnia Ambiental, la

cual, se presenta a consideración del comité de evaluación de la Universidad de

Santander y en él se describen los elementos y metodologías que se deben tener

en cuenta para el modelamiento geotécnico del talud, los factores que influyen en

los deslizamientos de suelos residuales, los componentes geotécnicos, geológicos

y antrópicos que afectan su estabilidad para ser aplicables a un análisis

matemático, teniendo en cuenta los parámetros exigidos en las normas técnicas y

de diseño.

El presente documento es una recopilación bibliográfica de los criterios adquiridos

en desarrollo de las diferentes asignaturas cursadas en la especialización, en el

que se incluyen conceptos básicos de los elementos que se deben tener en cuenta

en la modelación de un talud, las cuales son esenciales al diseñar adecuadamente

la obra que genere mayor estabilidad, usando procesos y procedimientos

adecuados para que puedan ser aplicables a la geotecnia.

Para el presente documento se consideró efectuar el análisis de estabilidad del

talud y dependiendo del resultado, se realiza la obra de contención más viable y

que suscite el menor costo posible. Por otra parte, es transcendental efectuar el

estudio, ya que la comunidad educativa se ha visto afectada por la inestabilidad del

talud que colapsó gran parte de la cancha múltiple; colocando en riesgo la

seguridad de los estudiantes y de los usuarios que transitan la vía San Vicente de

Chucuri - Barrancabermeja en el K5+860.

El enfoque del trabajo se realizo en capítulos organizados de tal forma que sean de

fácil comprensión y análisis.

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1. GENERALIDADES

1.1. LOCALIZACION DEL PROYECTO

El sector en estudio se encuentra localizado en el Municipio de San Vicente de

Chucurí, Departamento de Santander, ubicado en el K5+850 sobre la vía que

comunica esta cabecera municipal con la ciudad de Barrancabermeja (Santander).

Coordenadas geográficas 6º54’00.60” Latitud (Norte) y -73º27’06.37” Longitud

(Oeste)

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1.2. OBJETIVO GENERAL

Realizar el análisis de estabilidad y el diseño de obras de contención del talud norte

del Colegio Rural Palmira en el Municipio de San Vicente de Chucurí, mediante

procedimientos y métodos numéricos adecuados con el fin de establecer un factor

de seguridad aceptable, teniendo en cuenta los potenciales mecanismos de falla y

definir las probables superficies de falla, las cuales son útiles para determinar la

obra que genere mayor estabilidad en términos de confiabilidad y economía.

1.3. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar las condiciones y el margen de estabilidad del talud a través de

un estudio geotécnico.

Establecer un factor de seguridad que represente las condiciones de

estabilidad del talud en referencia, haciendo uso del métodos de equilibrio

límite a través de software de cálculo

Diseñar la obra de contención y el manejo de aguas superficiales y

subterráneas.

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1.4. PROBLEMÁTICA ACTUAL

El Colegio Rural Palmira se encuentra emplazado en el K5+860 sobre la vía san

Vicente – Barrancabermeja y fue construido en la década de los años 90’s, tiempo

en el cual no se exigían estudios de suelos para determinar la geología y la

litología del sector donde se emplazaría la obra proyectada. El colegio fue

edificado sobre un suelo residual de baja resistencia y un espesor no superior a

2.0m.

En marzo de 2014 donde las precipitaciones intermitentes arreciaban sobre el

plantel educativo, el terreno se saturó, produciendo el colapso del talud norte y por

consiguiente, el desplome del polideportivo (cancha múltiple) del colegio en

referencia. La probable causa de este deslizamiento es la carencia de cunetas y

filtros que permitan transportar el agua producto de la precipitación y llevarla al

sitio de descarga más cercano.

Figura 1. Deslizamiento de la Cancha Múltiple

Fuente: www.sanvicentedechucuri-santander.gov.co

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2. GEOLOGIA

A continuación se describen detalladamente la geología local y la geología

regional del sitio en estudio.

2.1. GEOLOGIA REGIONAL

El Área de Estudio hace parte de la cuenca del Valle Medio del Magdalena,

constituidas por rocas sedimentarias del Cretáceo y Terciario. El sitio de estudio

se emplaza sobre la Formación Umir; conformada por lutitas grises en forma

laminar.

Figura 2.Mapa Geológico donde se ubica el sitio de estudio.

Fuente: POT M/pio de San Vicente de Chucurí.

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2.2. GEOLOGIA LOCAL

En el área donde se ha presentado el deslizamiento, localmente se observa las

siguientes unidades geomorfológicas: Depósitos coluviales del cuaternario, se

observan capas de limo y arcillas rellenando los planos de estratificación. De

acuerdo con el estudio de suelos, se determinó que el talud se encuentra

asentado sobre un estrato rocoso de lutitas laminadas color gris de la Formación

Umir (Ksu), que descansa en la discontinuidad estratigráfica sobre la formación la

Luna.

2.3. GEOLOGIA ESTRUCTURAL

El comportamiento estructural de las unidades de roca que constituyen el área en

estudio se ven afectadas por el predominio del área fallada y plegada de san

Vicente, altamente responsable de la geoforma de la zona.

Área Fallada y Plegada de San Vicente

El plegamiento y el fallamiento, que están confinados principalmente a la

Formación Umir al sur de la depresión estructural de Vanegas, se extienden

dentro de algunas de las rocas más antiguas del cretáceo en el área de San

Vicente.

El sinclinal de San Vicente cabecea suavemente hacia el norte, a lo largo del

lado oriental del área perturbada y aparentemente termina en ambos extremos

contra la falla San Vicente. Esta falla tiene hundido el lado occidental y corta

oblicuamente a través de la sección, desde la Formación Umir en el extremo

norte, a la Formación La Paja, en el Sur.

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2.4. GEOMORFOLOGIA

En la zona de estudio se observa geoformas resultantes de los procesos de la

dinámica externa.

Las rocas en el exterior de la corteza terrestre, deformadas y fracturadas por

diversas fuerzas naturales quedan sujetas a la acción del clima, los organismos y

la materia orgánica, desintegrándose y descomponiéndose en el proceso de

meteorización, el cual es continuado por procesos denudativos (erosión y

fenómenos de remoción en masa) los cuales son los encargados de desalojar y

transportar sus productos.

Las principales geoformas se deben a pendientes denudacionales y colinas

caracterizadas por presentar pendientes suaves a moderadamente empinadas, Y

también áreas con severos fenómenos de remoción en masa caracterizados por

pendientes moderadas a medianamente empinadas, topografía empinada y

derrumbes.

Figura 3.Laderas Coluviales del Sector

Fuente: Estudio Geotécnico PI S.A.S.

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3. MARCO TEORICO PARA EFECTUAR EL ANALISIS DE ESTABILIDAD

La investigación de una ladera, talud o deslizamiento consiste en obtener

toda la información posible sobre las características topográficas, geológicas,

geotécnicas y ambientales que permitan realizar un diagnóstico de los

problemas lo más preciso posible y un diseño efectivo de solución. Para

el propósito de la investigación es necesario conocer cuáles son los parámetros

básicos que afectan la estabilidad.1

3.1. SUELO RESIDUAL

La definición de “suelo residual” varía de un país a otro pero una definición

razonable podría ser la de un suelo derivado por la meteorización y

descomposición de la roca in situ, el cual no ha sido transportado de su

localización original (Blight, 1997). Los términos residual y tropical se usan

indistintamente pero en los últimos años se está utilizando con mayor frecuencia

el término residual.

Las características de los suelos residuales son muy diferentes a las de los

suelos transportados. Por ejemplo, el concepto convencional de grano de suelo o

tamaño de partícula es inaplicable a muchos suelos residuales, debido a que las

partículas de suelo residual con frecuencia consisten en agregados o cristales de

mineral meteorizado que se rompen y se vuelven progresivamente finos, si el

suelo es manipulado. Lo que parece en el sitio como una grava arenosa puede

convertirse en un limo fino durante las actividades de excavación, mezclado y

compactación.2

1 SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y Estabilidad de taludes en Zonas Tropicales. En: Geotecnología

S.A.S. Disponible en http://erosion.com.co/presentaciones/category/21-Procedimiento-de-Investigación.html (citado en 17 de Sept. de 2015)

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Figura 4.Esquema general de una ladera en un suelo residual de granito

Fuente: Suarez – Deslizamiento en Zonas Tropicales

3.1.1. Deslizamiento en Suelos Residuales

La mayoría de los suelos residuales son los deslizamientos poco profundos y

rápidos del suelo residual sobre el saprolito. (Roca algo meteorizada) o la roca,

pero cuando los perfiles de meteorización del suelo residual son muy profundos,

se pueden presentar también deslizamientos rotacionales. Estos deslizamientos

se ven facilitados por la disposición, a manera de capas de materiales de diferente

competencia. Adicionalmente en los suelos residuales se presentan estructuras

heredadas de la roca que le dio origen, como es el caso de las juntas o diaclasas,

estas se constituyen en discontinuidades que inciden en la falla de los taludes, la

superficie de falla puede coincidir con una junta o pueden comprender varias

familias de juntas formando bloques deslizantes.3

3GALLARDO AMAYA, Romel. Aplicación del método de los factores de valuación en los fenómenos de

remoción en masa del Barrio San Fermín, Municipio de Ocaña, y selección de obras de mitigación. Bucaramanga. 2014, 320 h. Trabajo de grado (Magister en Geotecnia) Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingenierías Físico-Químicas. Escuela de Ingeniería Civil

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3.2. LOS TIPOS DE DESLIZAMIENTOS

Al efectuar un análisis de estabilidad de cualquier talud, es necesario conocer las

clases de deslizamientos que se pueden suscitar si existiere un movimiento y se

pueden clasificar en dos subtipos, esta diferenciación es importante porque se

puede definir el sistema de análisis y estabilización a emplearse.

3.2.1. Deslizamiento Rotacional

Son los tipos de movimientos en el cual la superficie de falla se describe en forma

circular y su centro de giro está por encima del centro de gravedad del cuerpo del

deslizamiento.

Figura 5.Esquema de un deslizamiento rotacional

Fuente: Adaptado de Suárez

3.2.2. Deslizamiento Traslacional

También llamado planares, y es un tipo de movimiento en el cual el material se

desplaza hacia abajo a lo largo de una superficie aproximadamente plana o

ligeramente ondulada.

22

Figura 6.Esquema de un deslizamiento traslacional


3.3. METODOS DE CÁLCULO PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD

La modelación matemática de los taludes es parte de la práctica de la ingeniería

geotécnica, con el objeto de analizar las condiciones de estabilidad de los taludes

naturales y la seguridad y funcionalidad del diseño en los taludes artificiales.

Dentro de las metodologías disponibles, se encuentran los métodos de límite

de equilibrio, los métodos numéricos y los métodos dinámicos para el análisis de

caídos de roca y flujos, entre otros.

Los métodos numéricos son la técnica que muestra la mejor aproximación al

detalle, de las condiciones de estabilidad en la mayoría de los casos de

evaluación de estabilidad de taludes.

Sin embargo, los métodos de límite de equilibrio, son más sencillos de utilizar y

permiten analizar los casos de falla traslacional y de falla rotacional, así como las

fallas de inclinación (“Toppling”) y las fallas en cuña.

Igualmente, los métodos de límite de equilibrio permiten el análisis combinado

con técnicas probabilísticas (Stead y otros, 2000).

23

En el caso de los sistemas de falla complejos, es conveniente utilizar

metodologías de modelación que tengan en cuenta los factores que

producen los movimientos.

Los factores que generan el deslizamiento pueden ser complejos y muy difíciles

de modelar; no obstante, con el objeto de analizar esas situaciones complejas,

existen algunas herramientas utilizando elementos finitos, diferencias finitas,

elementos discretos y modelos dinámicos. Igualmente, se pueden integrar al

análisis modelaciones de hidrogeología y las solicitaciones sísmicas.4

El método de análisis utilizado para el presente proyecto es el de Equilibrio Límite,

el cual permite calcular el factor de seguridad para un tipo supuesto de falla.

Figura7.Superficie de falla en el Software Slide V.5

Fuente: Elaboración propia

Los métodos de límite de equilibrio comparan las fuerzas o momentos resistentes

y momentos actuantes sobre una determinada superficie de falla y calculan un

factor de seguridad.

El factor de seguridad es empleado para conocer cuál es el factor de amenaza de

que el talud falle en las peores condiciones de comportamiento para el cual se

diseña.

4SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y Estabilidad de taludes en Zonas Tropicales. Bucaramanga:

Ediciones UIS. 1998. Pág. 128

24

El método de equilibrio utiliza calcula el factor el seguridad como la relación entre

la resistencia al corte real y los esfuerzo de corte critico que tratan de producir la

falla, a lo largo de una supuesta superficie de falla.

𝐹. 𝑆 =𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒

𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒

En las superficies circulares donde existe un centro de giro y momentos

resistentes y actuantes se utiliza la siguiente ecuación:

𝐹. 𝑆 =𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠

𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

Los métodos de equilibrio limite más utilizados tanto manualmente como en el

software de cálculo son:

- Método de Fellenius (1927)

- Método de Spencer (1967)

- Método de Janbú (1968)

- Método de Sarma (1976)

- Método de Morgenstern& Price (1965)

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4. ANALISIS GEOLOGICO-GEOTECNICO DEL TALUD EN ESTUDIO

Con el objeto de establecer las características y determinar el modelo geotécnico

para el análisis de estabilidad del talud ubicado en el Sector Norte del Colegio

Rural Palmira; se efectuó el levantamiento topográfico del sitio, seguidamente se

realizaron los sondeos, ensayos de campo y de laboratorios (los cuales fueron

suministrados por la Alcaldía Municipal para el presente estudio), la

caracterización del macizo rocoso y el análisis geológico, todo esto con el fin de

generar los datos necesarios para posteriormente modelarlos en el software GEO5

V.17 y generar las condiciones y el margen de estabilidad en función de un factor

de seguridad.

4.1. DESCRIPCION Y DIAGNOSTICO GEOTECNICO DEL TALUD

El sitio en estudio corresponde a un talud sobre el sector norte del Colegio Rural

Palmira ubicado en el Municipio de San Vicente de Chucurí, Vereda Palmira, en el

K5+860de la vía que comunica a esta cabecera municipal con la población de

Barrancabermeja, en el Departamento de Santander. El municipio vio la necesidad

de realizar actividades de seguimiento, control y estudios para determinar la obra

que genere mayor seguridad y estabilidad al polideportivo de la institución

educativa y a los usuarios de la vía en referencia, ya que esta ladera colapsó

debido a la saturación del suelo y al tipo de terreno emplazado en este sitio. El

talud tiene una longitud de 30m y una altura aproximada 8.0m.

Caracterizando el movimiento, se evidencia que es un deslizamiento tipo

rotacional con flujo de masa removida; el cual fue activado por las precipitaciones

de la zona en el mes de marzo de 2014 (precipitaciones de 80 mm por hora

según el IDEAM)

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De acuerdo con la inspección del sitio se identificaron los siguientes problemas

geotécnicos:

Grietas de gran tamaño en la corona del talud (cancha múltiple).

Grietas dentro de las instalaciones de la institución educativa (Fig.9)

Infiltraciones del canal de aguas lluvias en la corona del talud.

El colegio fue construido sobre la corona de la ladera, para la construcción

se realizaron cortes. No se construyó ningún tipo de obra de contención.

No se evidencian filtros.

Al construir el colegio no se dejaron los aislamientos mínimos

recomendados para la construcción de obras sobre laderas. (min. 6m).

También se requieren obras de contención en el pie del talud para evitar

posible colapso de la estructura del plantel, ya que la principal preocupación

radica en que está cimentado sobre un deposito coluvial susceptible a

deslizamientos. Adicionalmente se requiere la implementación de obras de

drenaje efectivas como filtros y canales de aguas lluvias con entregas a

colectores. Anclar el coluvión a la roca subyacente por medio de raíces de

plantas como p. ej. de tipo Vetiever.

Figura 8.Aislamiento Posterior Colegio Rural Palmira


27

Figura 9.Grietas en los andenes


4.2. TOPOGRAFIA DETALLADA

Para el proyecto se efectuó el levantamiento topográfico detallado del sector en

estudio. Tomando toda la información necesaria para generar los perfiles

transversales que posteriormente se utilizarían para la modelación geotécnica en

el software de cálculo.

4.2.1. Toma de Información Topográfica

La topografía, que recientemente se ha denominado también Geomática, se ha

definido tradicionalmente como la ciencia, arte y la tecnología para encontrar o

determinar las posiciones relativas de los puntos situados por encima de la

superficie de la Tierra, sobre dicha superficie y debajo de ella. Sin embargo, en un

sentido más general, la topografía (geomática) se puede considerar como la

disciplina que comprende todos los métodos para medir y recopilar información

28

física acerca de la Tierra y nuestro medio ambiente, procesar esa información y

difundir los diferentes productos resultantes a una amplia variedad de clientes.5

Parte fundamental para la realización de este trabajo es la captura de la

información topográfica en campo mediante el uso de una estación Total

Electrónica. Dicho trabajo consistió en el reconocimiento del terreno para tener

una comprensión real del alcance del levantamiento. El traslado de coordenadas

se realizó a partir de dos puntos materializados (D#1 y D#2), amarrados al sistema

de coordenadas Magna – Sirgas, ubicados en la portería de acceso del Colegio.

Para minimizar la posibilidad de cometer la menor cantidad de errores posible, se

utilizó el colector interno de datos de la Estación Total Electrónica; este aparato

calcula instantáneamente las Coordenadas y Cotas de cada punto radiado y lo

almacena en la memoria interna.

Al obtener la información de campo se continuó con los trabajos correspondientes

al procesamiento de datos. Para ello, se procede a extraer de los archivos

descargados de la estación total, extensión .pnt - Punto - Norte - Este - Cota de

la línea trazada, con el fin de realizar la generación de las curvas de nivel y el

dibujo topográfico en el software Civil 3D 2012.

Figura 10.Levantamiento Topográfico detallado


5WOLF, Paul R – GHILANI, Charles D. Topografía. México. Ediciones Alfaomega. 2010. p.1

29

Una vez generada la triangulación y en su defecto las curvas de nivel, se proceden

a suscitar los perfiles transversales para poder efectuar el análisis geotécnico. A

continuación se presentan:

Figura 11. Perfil transversal # 1


Figura 12. Perfil transversal # 2


30

4.3. SONDEOS GEOTECNICOS

Los sondeos realizados en el sitio en estudio (Figura 11) tienen la intención de

determinar el espesor de los materiales que se deslizan, identificar el tipo de

formación, establecer niveles freáticos y la superficie de falla en diferentes sitios.

Adicionalmente con el método SPT y sus correlaciones es posible calcular algunos

parámetros y ser comparados con los resultados de laboratorio. El material

encontrado corresponde a depósitos coluviales.

Figura 11.Perforaciones en el pie del talud


Luego de realizados los sondeos se determinó la descripción en detalle de las

muestras obtenidas de acuerdo a los siguientes criterios: Litología, textura, tamaño

de los granos, minerales, estructura, color, porosidad, resistencia.

En total se realizaron cuatro (4) sondeos (Figura 12), por el método SPT y

ROTACIÓN a profundidades de 15.0, 8.0,7.5 y 2.5m; con recuperación continua

de muestra cada metro para ensayar en laboratorio. Los sondeos se realizaron de

acuerdo a la norma ASTM D1586 e INV E-111-2007, utilizando equipo de motor,

trípode, polea y lazo.

31

Las perforaciones se realizaron siguiendo los siguientes pasos:

- Selección del punto de perforación de acuerdo con las características de la

zona

- Adecuación del área a trabajar para ser instalado el equipo de perforación

mecánico, con tubería de diámetro NQ y AW y montaje del equipo de

perforación en el sitio establecido.

- Se penetra inicialmente con SPT y luego rotación cuando se presente

rechazo, se extraen muestras del subsuelo para realizar la descripción de

las mismas, registrando el número de golpes necesarios para penetrar el

suelo, recuperación y RQD cuando aplique.

- Se realiza el archivo fotográfico, para así poder especificar claramente las

abreviaciones que allí se presentan, luego de la conservación,

almacenamiento y transporte de las muestras al laboratorio, se realizan los

ensayos y caracterización geológica de los materiales para obtener las

características de los suelos y sus propiedades

Figura 12.Localización de los sondeos


32

Figura 13.Algunas muestras obtenidas en los sondeos 3 y 4


4.4. PERFILES ESTRATIGRAFICOS

De acuerdo a la información de los sondeos se determinaron los perfiles

estratigráficos para cada uno de ellos.

33

Figura 14.Perfil Estratigráfico Sondeo #1


34



35



36



37

Los datos de ensayos SPT se interpretaron siguiendo las referencias de las tablas

4 y 5(6)

Tabla 1. Correlación de SPT para suelos granulares

RelativeDensity SPT Nmeas

(Blows/300 mm or blows/ft)

Verylosse 0 – 4

Loose 5 – 10

Medium dense 11 – 30

Dense 31 -50

Very dense 51

Tabla 2. Correlación SPT para suelos cohesivos

Consistency

SPT Nmeas

(Blows/300 mm or

blows/ft)

Verysoft 0 – 1

Soft 2 – 4

Medium stiff 5 – 8

Stif 9 – 15

Verystff 16 – 30

Hard 31 -60

VeryHard 61

Fuente: Terzaghi

De acuerdo con los resultados obtenidos y los parámetros encontrados se

determino la presencia de dos unidades geomorfolóficas: Coluvión de estructura

matriz soportado la cual controla el comportamiento, macizo rocoso de la

6Terzaghi, K., Peck, R., and Mesri, G .Soil&Mechanics in Engineering Practice,” 3rd Ed., 1996.J. Wiley&

Sons, Inc.

38

formación Umir con presencia de lutitas deleznables o frágiles. Varía el espesor

del coluvión en cada sector, pero se mantiene el mismo perfil litológico.

4.5. ENSAYOS DE LABORATORIO

Los ensayos de laboratorio sobre muestras alteradas e inalteradas como ensayo

de corte directo, de compresión inconfinada, granulometría, limites de plasticidad,

humedad, peso unitario y peso específico; como se mencionó al principio de este

capítulo, se obtuvieron a través de la Secretaría de Planeación de la Alcaldía de

San Vicente de Chucurí.

4.5.1. Cálculo de RQD

Con base en el índice de calidad de las rocas el RQD (Rock QualityDesignation),

el cual está basado en el porcentaje de recuperación del testigo de una

perforación, depende directamente del número de fracturas y el grado de

alteraciones del macizo rocoso

𝑅𝑄𝐷 = ∑ 𝑛ú𝑐𝑙𝑒𝑜𝑠 > 10 𝑐𝑚

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

Para este caso por ser una roca laminada conformada por lutitas el RQD = 0%

4.5.2. Ensayo de Corte Directo

Parámetros de Resistencia al Cortante (φ, c)

Por medio del ensayo de corte directo de los suelos encontrado se obtuvieron los

parámetros: ángulo de fricción (φ) y cohesión (c) en las muestras de suelo

recuperadas con barrena, se estableció que estos suelos pertenecen a la

Formación Umir, es decir lutitas de color gris verdoso laminado y débiles.

39

Para el Sondeo No. 1 (10 -12.5m) se estableció:

φ =30.6º

c= 0.896 kg/cm2

Gráfico 1. Esfuerzos Sondeo #1


Para el Sondeo No. 2(4.2 - 6.0m) se estableció:

φ = 23.9º

c = 0.67 kg/cm2

Gráfico 2. Esfuerzos Sondeo #2

Fuente: Estudio Geotécnico PI S.A.S

.

40

Parámetros de Resistencia a La Compresión Inconfinada del Suelo

Para obtener el valor de la resistencia del suelo, su cohesión y el modulo de

elasticidad se realiza el ensayo de Compresión Inconfinada en muestras semi-

alteradas obtenidas mediante las perforaciones en el macizo rocoso de la

formación Umir (Ksu).

Gráfico 3. Resistencia a la Compresión Inconfinada Sondeo #1


Gráfico 4. Resistencia a la Compresión Inconfinada Sondeo #2


41

Resumen de Parámetros de Resistencia Obtenidos (propiedades físicas y

mecánicas)

En las tablas 6 y 7 se presenta el resumen comparativo obtenido de los ensayos

de laboratorio, las muestras de los sondeos 3 y 4 no fueron ensayadas debido a la

similitud de los materiales con respecto a los obtenidos en los Sondeos 1 y 2.

Tabla 3. Parámetros de resistencia – Ensayo Corte Directo

CORTE DIRECTO

PARÁMETRO SONDEO 1 SONDEO 2

Φ[⁰] 30.6 23.9

C[Kg/cm²] 0.896 0.67

Υh[KN/m3] 22.3 22.19

Υs[KN/m3] 15.1 18.9


Tabla 4. Parámetros de resistencia – Ensayo Compresión Inconfinada

COMPRESIÓNINCONFINADA

C[Kg/cm²] 0.46 0.78

Υh[KN/m3] 21.7 20.06

Υs[KN/m3] 19.1 18.4


4.5.3. Ensayos para clasificación de suelos y humedad

En el Anexo Ase muestra el resumen de los resultados de los ensayos de

laboratorio y la caracterización de los materiales obtenidos de las perforaciones

para cada sondeo.

En todas las perforaciones se encontró nivel freático de la siguiente manera:

SONDEO 1: a -0,10m

SONDEO 2: a -0,50m

42

SONDEO 3: a -0,20m

SONDEO 4: a -0,10m

Los niveles de agua son superficiales, probablemente debido a esto los suelos

están saturados y ganan peso, además de lubricar las superficies de falla

facilitando los deslizamientos.

43

5. ANALISIS DE ESTABILIDAD Y MODELACION GEOTECNICA

Cuando las condiciones del sitio y los parámetros geológicos y geotécnicos han

sido investigados apropiadamente, se puede establecer el modelo geotécnico para

el análisis de estabilidad; integrando la información de geología, topografía,

sondeos, ensayos de campo y laboratorio e información identificada en el terreno.

5.1. ANALISIS GEOTECNICO

Se deben analizar tres posibles soluciones para la estabilización del talud norte del

Colegio Rural Palmira, teniendo en cuenta la variable costo – beneficio, se

contempla:

ALTERNATIVA #1

MURO DE CONTENCIÓN (Gaviones o Concreto): es una obra que requiere una

excavación considerable para su cimentación, en el sector del proyecto tenemos

suelos inestables; realizar una excavación colosal puede presentar problemas

generando más inestabilidad, incluso movimientos rápidos del suelo. Por otra

parte, el gavión es una obra de contención que se sostiene por su propio peso y

no se puede anclar a la cimentación; es probable que falle por deslizamiento y/o

por vuelco.

ALTERNATIVA #2

MURO EN PILOTES TANGENTES O COTANGENTES: es una solución que

requiere de maquinaria especializada para perforar y construir, es una solución

muy efectiva pero bastante costosa para este caso.

44

ALTERNATIVA #3

MURO CIMENTADO SOBRE CAISSON: debido a que la superficie de falla está a

varios metros de profundidad y por el sistema constructivo, es ésta la solución más

eficaz para subsanar este problema.

5.2. ANALISIS Y MODELACION GEOTECNICA EN EL SOFTWARE GEO5

V.17

Al establecer el modelo geotécnico para el análisis de estabilidad del talud se

integral a información obtenida de la geología, los sondeos, ensayos de

laboratorio, la topografía y la identificación del terreno

Para la geometría del talud se utilizaron los perfiles detallados en la sección 4.2.1

que corresponden ala zona del deslizamiento. Para la estratigrafía se tomo el perfil

de los geo-materiales los cuales fueron identificados en los sondeos para las

propiedades de los materiales se tomaron los resultados obtenidos de los ensayos

de laboratorio.

Con los datos para el análisis de estabilización del talud, se proceden a realizar los

cálculos del mismo en condiciones estáticas y condiciones dinámicas, con y sin

obra de contención.

5.2.1. Análisis del talud en condiciones iniciales

Debido a las condiciones de la roca laminada se trabajará con una masa de suelo

con las propiedades del macizo rocoso, resultados de ensayos del laboratorio y la

clasificación de suelos de la base de datos del software Geo5 v.17

45

Teniendo en cuanta que los deslizamientos son activos, es necesario realizar un

retro-cálculo para determinar los parámetros actuales del suelo coluvial.

Figura 18.Modelo Geotécnico Perfil Transversal #1


Análisis de Estabilidad en Condiciones Estáticas – Perfil Transversal No. 1

Figura 19.Modelo Geotécnico en condiciones estáticas – Perfil #1


46

Figura 20.Modelo Geotécnico Perfil Transversal #2


Análisis de Estabilidad en Condiciones Estáticas – Perfil Transversal No. 2

Figura21.Modelo Geotécnico en condiciones estáticas – Perfil # 2


47

En la modelación geotécnica realizada anteriormente, se determina que el factor

de seguridad del talud es menor que 1.00, por lo tanto el talud es inestable.

Realizando el retro-cálculo en el Software de diseño, se obtienen los siguientes

resultados.

Tabla 5. Parámetros de resistencia del suelopara el diseño


MATERIAL Peso

Unitario

Angulo Fricción Interna

Cohesión Peso

Unitario Saturado

Modulo de deformación

KN/m3 ° KPa KN/m3 Mpa

SUELO COLUVIAL 18.00 20 10.00 20.00 5.0

MACIZO ROCOSO 19.10 11.65 46.00 22.30 70.95

RELLENO 18.00 35 0.00 19.00 --

48

6. ANALISIS DE ESTABILIDAD Y DISEÑO DE OBRA DE CONTENCION

CON LA ALTERNATIVA SELECCIONADA

Se opta por escoger la Alternativa #3 propuesta en el capítulo 5, la cual consiste

en el diseño de un Muro en Concreto Reforzado cimentado sobre Caisson. Con

los datos obtenidos anteriormente del retro-cálculo, se realiza nuevamente la

modelación geotécnica.

6.1. ANALISIS DEL TALUD CON LA OBRA PROPUESTA

Después de haber analizado el talud en condiciones estáticas se procede a

realizar la modelación geotécnica con la obra propuesta; se analiza y se calcula el

factor de seguridad a través del método de cálculo de Bishop.

Análisis de Estabilidad en Condiciones Dinámicas – Perfil Transversal No. 1

Figura22. Modelo Geotécnico en condiciones dinámicas – Perfil #2


49

Análisis de Estabilidad en Condiciones Dinámicas – Perfil Transversal No. 2

Figura 23. Modelo Geotécnico en condiciones dinámicas – Perfil #2


Los resultados del análisis de estabilidad para la alternativa seleccionada

muestran que el factor de seguridad según el método de cálculo Bishop cumple

con la condición Factor de Seguridad F.S. > 1.5, son adecuados y mayores a los

valores establecidos en la Tabla 2.4-1 del Título H de la NSR-10.

Perfil Transversal #1 F.S = 1.99 > 1.50

Perfil Transversal #2 F.S = 1.87 > 1.50

50

6.2. DISEÑO DEL MURO DE CONTENCION – ALTURA UTIL = 4.5m

La utilización de muros rígidos es una de las formas más simples de manejar

cortes y terraplenes. Los muros rígidos actúan como una masa relativamente

concentrada que sirve de elemento contenedor a la masa inestable.

El empleo de muros de contención rígidos para estabilizar deslizamientos es

una práctica común en todo el mundo, pero su éxito ha sido limitado por la

dificultad que existe en el análisis de cada caso en particular y por las diferencias

que existen entre las fuerzas reales que actúan sobre el muro, en un caso

de deslizamiento y los procedimientos de análisis basados en criterios de

presiones activas, utilizando las teorías de presión de tierras de Rankine o

Coulomb.7

La Figura 24 muestra el modelo del muro de contención utilizado en la

estabilización del talud propuesto en el presente diseño.

Figura 24 Esquema típico de un muro de concreto reforzado


7SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y Estabilidad de taludes en Zonas Tropicales. Bucaramanga:

Ediciones UIS. 1998. Pág. 488

51

6.2.1. Dimensionamiento del muro de contención

En el modulo “Muro en Voladizo” del software Geo5v17, se realiza el pre-

dimensionamiento del muro de contención. Utilizando los datos del estudio de

suelos tales como: Peso unitario, Angulo de fricción interna y Cohesión, se lleva a

cabo la verificación de equilibrio, verificación de la capacidad portante, el

dimensionamiento del espolón, de la junta constructiva, del salto delantero y del

talón del muro.

Figura 25.Geometría del muro proyectado


52

6.2.2. Verificación de equilibrio (Volcamiento y Deslizamiento)

VERIFICACIÓN DEL MURO COMPLETO Verificación de la estabilidad de vuelco

Momento estabilizador Mres = 643.43 kNm/m

Momento de vuelco Movr = 213.61 kNm/m

Factor de seguridad = 3.01 > 3.00 Muro para vuelco ES ACEPTABLE Verificación completa - MURO ES ACEPTABLE

El factor de seguridad contra el deslizamiento

no se calcula porque el muro está empotrado al

macizo rocoso a través de caisson’s.

6.2.3. Verificación del espolón

VERIFICACIÓN DEL ESPOLÓN DEL MURO

Refuerzo y dimensiones de la sección transversal Número de barra = 7 Número de barras = 7 Recubrimiento = 40.0 mm Ancho de la sección transversal = 1.00 m Prof. de la sección transversal = 0.62 m Cuantía del refuerzo

= 0.47 % > 0.33% min

Pos. del eje neutro c = 0.08 m < 0.25 m = cmax

Fuer. de corte última ΦVn = 327.50 kN > 186.07 kN = Vu

Momento último ΦMn = 556.20 kN/m > 348.81 kNm = Mu

La sección transversal es ACEPTABLE.

53

6.2.4. Verificación de la junta constructiva

VERIFICACIÓN DEL MURO EN LA JUNTA CONSTRUCTIVA 3.5m DESDE LA CORONA DEL MURO


= 0.55 % > 0.33% min


Fuer. de corte última Φ Vn = 279.99 kN > 131.33 kN = Vu

Momento último Φ Mn = 470.76 kN/m > 192.55 kNm = Mu

6.2.5. Verificación del talón

VERIFICACIÓN DEL SALTO TRESERO


= 0.38 % > 0.33% min





54

6.2.6. Verificación del salto delantero

VERIFICACIÓN DEL SALTO DELANTERO


= 0.38 % > 0.33% min





6.2.7. Verificación de la capacidad portante

Calculo de la capacidad portante vertical de un solo Caisson.

Carga de diseño actuando en la cabeza del Caisson

Número Momento Fuerza Normal Resistencia al corte Excentricidad Tensión

[kNm/m] [kN/m] [kN/m] [–] [kPa]

1 -154.13 324.35 109.93 0.076 122.38

Carga de servicio actuando en la cabeza del Caisson

Número Momento Fuerza Normal Resistencia al corte

[kNm/m] [kN/m] [kN/m]

1 -154.13 324.35 109.93

Parámetros de entrada para análisis de capacidad portante

Esp. del Caisson s = 3.34 m

55

6.3. DISEÑO GEOTECNICO DEL CAISSON

El muro en voladizo estará cimentado sobre Caisson de 1.0m de diámetro y una

longitud de 4.0 m. Se debe empotrar en el macizo rocoso de lutitas a una

profundidad mínima de 3.5m. La separación entre los ejes de cada Caisson, debe

ser 3.34m en una longitud de 30m. Por la facilidad constructiva se tomó la

determinación de anclar el muro proyectado sobre este tipo de cimentación

profunda.

El cálculo del Caisson se efectuó en el Software Geo5 v.17, ingresando los datos

obtenidos en el estudio se suelos y la carga aplicada en la cabeza del pilote.

Figura 26.Modelo del Caisson L=4.0m D=1.0m

Fuente: Software GEO5 V.17

En la Figura 26, se determina que la Capacidad Lateral de Carga (300 KN)

aplicados en la cabeza de cada Caisson es:

Kh Suelo Coluvial = 3.33 MN/m3

Kh Macizo Rocoso = 47.03 MN/m3

56

Figura 27.Módulo Kh, Desplazamiento, Cortante y Momento del Caisson

Fuente: Software GEO5 V.17

6.3.1. Cálculo del módulo de reacción horizontal

Para el cálculo del modulo de reacción horizontal se utiliza la siguiente fórmula:

Tabla 6. Formula Kh – CSN 73 1004

Fuente: Software GEO5.V17

57

6.3.2. Cálculo de asentamientos

A continuación se presenta los asentamientos producido por la carga aplicada:

Tabla 7. Asentamientos

No. Load Settlement

[kN] [mm]

1 0.00 0.0

2 236.91 1.6

3 375.86 2.9

4 561.56 4.7

5 830.87 7.7

6 1019.10 10.1

7 1088.18 11.1

8 1101.08 11.3

9 1111.97 11.5

10 1120.86 11.8

11 1127.74 12.0

12 1388.85 25.0


Loading Q = 300.00 kN yields pile settlement 2.2 mm, depth of influence zone below the pile base is 1.04 m (1.040 x D)

Gráfico 5. Curva de transferencia de carga


58

Para una carga de 300 kN se tendrá un desplazamiento vertical de 2.2mm.

ACEPTABLE para el proyecto.

6.3.3. Verificación de la capacidad horizontal

En el Software Geo5 v.17 se realiza la verificación completa de la capacidad

horizontal del Caisson, obteniendo como resultado:

MÁXIMA FUERZA INTERNA Y DE DEFORMACIÓN: Desplazamiento del Caisson = 12.4 mm Corte = 350.00 kN Momento = 302.18 kNm

Dimensionado de refuerzo:

Refuerzo - 28 barras N° 6; recubrimiento 40.0 mm Tipo de estructura (índice de refuerzo): Columna Coeficiente de refuerzo = 1.016 % > 1.000 % = min

Carga : Pu = 0.00 kN (tensión) ; Mu = 302.18 kNm

Capacidad portante:Pn = 0.00 kN; Mn = 1178.73 kNm

Diseño del refuerzo del Caisson ES ACEPTABLE

Verificación de refuerzo de corte: Fuerza de corte última: Vn = 456.62 kN> 350.00 kN = Vu


59

6.4. MANEJO DE AGUAS SUPERFICIALES Y SUBTERRANEAS

Para el manejo del agua superficial, se calcula el caudal por el método racional y

se diseña las cunetas proyectadas. A continuación se observa el procedimiento:

6.4.1. Evaluación del caudal de diseño

En general, puede emplearse cualquier método lluvia-escorrentía. Para

superficies menores de 1300 Has.se recomienda utilizar el método racional, dada

su simplicidad. Sin embargo, para áreas mayores de1300 Has se debería utilizar

un modelo más apropiado a las características de la cuenca, por ejemplo el

método del hidrograma unitario, el del Soil Conservation Service (SCS) u otro

método similar.

Método Racional

Este método establece que el caudal superficial producido por una precipitación:

Q = C x I xA

En donde:

Q = Caudal superficial (L/s) C = Coeficiente de escorrentía (adimensional) I = Intensidad promedio de la lluvia (L/s.ha) A = Área de drenaje (Has)

Caudal de diseño para un Periodo de Retorno de 25 años y una duración de 5 minutos:

𝑄 = 𝐶 𝑥 𝐼 𝑥 𝐴 Q = Caudal C = 0.60 (tomado de la Tabla 1. Según Velasco – Molina 1991) Corresponde a un tipo de vegetación de Pastizales y la Textura del suelo Arcilloso. I = 248 mm/h (tomado del Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado 2012)

60

A = 0.30 Has (Área Aproximada de drenaje – Calculada en AutoCAD) Q = 0.60 x 248 mm/h x 0.15 Has = 44.64 mm/h Si la intensidad de la lluvia se expresa en mm/h, el factor de conversión a L/s es de 2.78 Q = 44.64 mm/h x 2.78 = 124.10 L/s Q = 124.10L/s =0.12 m3/s

Diseño del canal rectangular según la Ecuacion Chezy - Manning

Se plantea la construcción de una cuneta rectangular en la corona del muro, a

continuación se puede observar el cálculo hidráulico:

Datos de entrada en el Software Microsof Excel:

Tabla 8. Diseño canal rectangular


61

Diseño del canal trapezoidal según la Ecuacion Chezy - Manning

También se plantea un canal trapezoidal en la corona del talud, con una longitud

aproximadamente de 40m. A continuación se efectúa el respectivo cálculo en una

hoja de Excel:

Datos de entrada en el Software Microsoft Excel:

Tabla 9. Diseño canal trapezoidal


62

7. RESULTADO DE LA OBRA DE CONTENCION PROPUESTA

A continuación se presentan los resultados obtenidos del presente trabajo

investigativo. Se puede observar el despiece del muro de contención, el despiece

del Caisson, el dimensionamiento de los canales proyectados, el detalle de la viga

de amarre y la unión Caisson – Viga de amarre.

7.1. RESULTADOS Y PLANOS DEL DISEÑO

Figura 28.Despiece del refuerzo del muro de contención


63

Figura 29. Diseño estructural del Caisson


Figura 30. Corte transversal del Caisson


64

Figura 31. Localización del filtro y lloraderos


Figura 32. Diseño de la viga cabezal


65

Figura 33. Geometría canal trapezoidal


Figura 34. Geometría canal rectangular


Figura 35. Geometría del filtro


66

Figura 35. Detalle unión Caisson – Viga cabezal


Figura 36. Localización del Muro de Contención y Caison’s


67

Tabla 10. Especificaciones técnicas


7.2. PROTECCION Y EMPRADIZADO SUPERFICIAL

Después de haber ejecutado la obra, se recomienda empradizar el talud con una

especie nativa de la región, o en su defecto, con pasto Vetiver con el objeto que

no se produzca erosión superficial por la acción de la precipitación, ya que es uno

de los problemas en el sitio de estudio. En la figura 36 se detalla su distribución y

siembra.

Figura 36. Detalle siembra pasto Vetiver

Fuente: Gallardo Amaya

68

8. CONCLUSIONES

El estudio de suelos residuales se encuentra en un nivel de conocimiento

bastante avanzado de tal forma que se pueden analizar los mecanismos

que producen la activación de un deslizamiento y luego de identificados los

mecanismos se puede proceder a evaluar, cuantificar el fenómeno y

diseñar obras para la estabilización.

La activación de los deslizamientos generalmente están asociados a

mecanismos antrópicos, relacionados con cambios topográficos, obras de

urbanismo, deforestación y otros fenómenos ambientales.

Es importante identificar si un terreno en estudio requiere de análisis más

profundos respecto a los peligros de los deslizamientos.

Las lluvias intensa y la sismicidad son uno de los de los mecanismos más

comunes en la activación de deslizamientos en coluviones.

En coluviones de poco espesor las raíces de la vegetación pueden ser una

alternativa de estabilización ya que anclan el coluvión a la roca subyacente.

Se debe garantizar el establecimiento de la revegetalización, utilizando las

semillas o estolones y el material orgánico con nutrientes adecuados.

69

9. RECOMENDACIONES

Por ser crítica la estabilidad del colegio, se requiere intervención inmediata

con el fin de evitar que avance la inestabilidad a las aulas de clase.

Como alternativas de remediación al deslizamiento se sugiere la

construcción de subdrenes y un muro de contención en concreto reforzado,

este debe cimentarse sobre Caisson o recuperaciones en concreto ciclópeo

hasta alcanzar suelo de fundación o suelo competente, por debajo de la

superficie de falla. De acuerdo a las condiciones durante la obra puede

requerirse profundizar más los Caisson de lo recomendado en el análisis.

Es importante la construcción de subdrenes de zanja (filtros) y subdrenes

horizontales con el objeto de desactivar la presión de poros, reducir el peso

del suelo, disminuir el gradiente hidráulico y controlar la erosión.

Las excavaciones para los Caisson se debe realizar cavando una ¨cisterna¨

o cuerpo cilíndrico retirando de manera manual el material correspondiente

a los primeros 1,5 m de profundidad. El diámetro del Caisson debe ser

mínimo de 1,0m, con el fin que el operario se pueda situar dentro de la

cisterna y pueda retirar el material de la excavación. Una vez alcanzada la

profundidad de los primeros 1,5 m se deberá armar con formaleta a manera

de tronco de cono en madera, una vez armada y lista la formaleta se debe

fundir el Caisson. Luego de fraguado el concreto utilizado, retirar la

formaleta y avanzar el siguiente tramo de 1,5 m con el procedimiento cavar-

armar-fundir-desencofrar y así sucesivamente hasta alcanzar el suelo de

fundación o suelo competente.

Se recomienda efectuar excavaciones de los Caisson simultáneas pero en

forma intermedia, para evitar erosión por lateralización.

Las alternativas usadas para la estabilidad de un talud dependen de las

situaciones complejas existentes, por lo que este documento contiene una

guía de orientación para un talud, por lo tanto las recomendaciones que

surgieron son alternativas de aproximación para este análisis específico.

70

Por ser un documento de orientación, las metodologías contenidas dentro

no son obligatorias. La pretensión fue proporcionar una guía, por tanto se

recomienda analizar métodos alternativos de enfoque.

Las mejoras en la práctica profesional siempre sustituirán a las

recomendaciones específicas de cualquier estudio en el curso de la vida.

71

10. BIBLIOGRAFIA

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para Acueductos y

Alcantarillado. Bogotá D.C.; Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería,

1995 Pág. 429. ISBN: 958-8060-36-2

GALLARDO AMAYA, Romel. Aplicación del método de los factores de

valuación en los fenómenos de remoción en masa del Barrio San Fermín,

Municipio de Ocaña, y selección de obras de mitigación. Bucaramanga.

2014, 320 h. Trabajo de grado (Magister en Geotecnia) Universidad

Industrial de Santander. Facultad de Ingenierías Físico-Químicas. Escuela

de Ingeniería Civil

SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y Estabilidad de taludes en Zonas

Tropicales. En: Geotecnología S.A.S. Disponible en

http://erosion.com.co/presentaciones/category/21-Procedimiento-

deInvestigación.html (citado en 17 de Sept. de 2015)

SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y Estabilidad de taludes en Zonas

Tropicales. Bucaramanga: Ediciones UIS. 1998. Pág. 128 ; 488

WOLF, Paul R – GHILANI, Charles D. Topografía. México. Ediciones

Alfaomega. 2010. Pág.01. ISBN: 978-970-15-1334-7

Plan de Ordenamiento Territorial del Municipio de San Vicente de Chucurí

2006.

72

ANEXOS

73

ANEXO A. Resultado de ensayos de laboratorio

analisis de estabilidad y diseÑo de obras de … · departamento de santander, el cual fue...

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