Diseño de bioingeniería para la mitigación de riesgo de remoción en masa en la
microcuenca de la quebrada Cay.
Presentado por:
Alvaro Hernando Muñoz Sanchez.
Jhonny Alexander Carvajal Tabares.
MONOGRAFÍA PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TITULO
DE INGENIERO CIVIL.
Dirigido por:
Jorge Armando Hernández López.
Universidad de Ibagué.
Ibagué, Tolima.
Noviembre 2018.
AGRADECIMIENTOS.
Los autores del presente trabajo expresamos nuestros agradecimientos a la Universidad de
Ibagué y a todo su equipo de docentes que fueron parte de nuestra formación personal y profesional,
brindando apoyo y seguimiento oportuno a lo largo de toda la carrera.
A nuestros compañeros de estudio, con quienes se compartió todo este largo proceso de
formación y cada uno que a su modo aportó para nuestro crecimiento personal.
Al ingeniero JORGE ARMANDO HERNÁNDEZ LÓPEZ por ser nuestro guía, tutor y gran
apoyo en este trabajo, por su paciencia y buena disposición para obtener los mejores resultados
posibles, que con gran esmero fueron plasmados en este proyecto de grado.
DEDICATORIA JHONNY ALEXANDER CARVAJAL TABARES.
Ante mano dedicar este logro personal a DIOS por darme tantas bendiciones, oportunidades
y guiarme por un buen camino para salir adelante en mi vida.
A mis padres RODRIGO CARVAJAL y PILAR TABARES por darme su apoyo y amor en
toda mi vida, por ser mi motivación y ejemplo a seguir como persona humilde y trabajadora.
En general a toda mi familia, hermana, primos, abuelos y tíos que siempre me han formado
dentro de una familia unida y amorosa en todo momento. Mencionando especialmente a mi abuelo
RODRIGO CARVAJAL que fue un ejemplo para todos los miembros de mi familia, siendo un
hombre trabajador, amoroso, honesto y siempre luchando por sacar a los suyos adelante, desde el
cielo él sigue protegiéndonos y guiándonos por el buen camino.
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DEDICATORIA ALVARO HERNANDO MUÑOZ SANCHEZ.
Dios tiene el control, el controla mi vida y todo lo que en ella sucede, independientemente
de los obstáculos siempre estoy agradecido, aun así, a veces demore en darme cuenta del porqué
de sus acciones, acciones que van en consecuencia por lo general según la medida de mis esfuerzos
porque así son sus caminos son más altos que vuestros caminos, sus pensamientos más que vuestros
pensamientos; por esto siempre para él toda la gloria y mis agradecimientos por cada paso y logro
personal.
Logros que no son más que una sucesión de esfuerzos para conseguir éxito, el cual en la
única parte que esta antes del trabajo es en el diccionario; eso me lo enseño mi padre al cual le
agradezco y le debo mi carácter y a mi madre que le debo todo lo demás en mi vida, que con su
compañía y ausencia formo todo lo que hoy soy y que desde el cielo espero este viendo si he podido
parecerme un poco al ser que siempre ella quiso como hijo y del cual se sintiera orgullosa.
Mis agradecimientos y dedicatoria a todas esas personas de alguna u otra manera han podido
influir en mi vida y marcar a su manera; a mi hermana que es lo más preciado que tengo, a mi
familia que me ha brindado todo su cariño y espero nunca decepcionarlos.
Esto y cada uno de mis logros es para ustedes.
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CONTENIDO
RESUMEN ..................................................................................................................................... 10
ABSTRACT ................................................................................................................................... 11
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 12
2. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 14
3. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 16
3.1 General ................................................................................................................................. 16
3.2 Específicos ....................................................................................................................... 16
4. MARCO TEORICO ............................................................................................................... 17
4.1 Cuenca Hidrográfica ........................................................................................................ 17
4.1.1 Morfometría de las Cuencas ..................................................................................... 17
4.2 Parámetros hidrológicos .................................................................................................. 33
4.2.1 Hidrología. ................................................................................................................ 33
4.2.2 Almacenamiento estático “Hu”. .................................................................................... 34
4.2.3 Capacidad de infiltración “Ks”. ............................................................................... 35
4.2.4 Conductividad hidráulica interflujo “Kss”. .............................................................. 35
4.3 Métodos estadísticos para clasificación de zonas de riesgo. ........................................... 36
4.3.1 Tablas de frecuencias con datos agrupados. ............................................................. 36
4.3.2 Método Sturges. ....................................................................................................... 37
4.4 Modelos matemáticos de análisis de taludes. .................................................................. 37
4.4.1 Método de Bishop simplificado. .............................................................................. 37
4.4.2 Método ordinario o de Fellenius. ............................................................................. 39
4.4.3 Método de Janbú. ..................................................................................................... 41
4.4.4 Factor de seguridad con comprobación de vuelco. .................................................. 42
4.4.5 Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base. ...... 44
4.4.6 Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga. .............. 46
4.5 Herramientas tecnológicas ............................................................................................... 50
4.5.1 Sistema de información geográfica SIG. .................................................................. 50
4.5.2 ArcGis 10.3. ............................................................................................................. 50
4.5.3 Slide Rocscience. ..................................................................................................... 51
4.6 Bioingeniería. .................................................................................................................. 51
4.6.1 Definición Ingeniería Naturalistica. .............................................................................. 51
4.6.2 Finalidades de la Ingeniería Naturalistica. .................................................................... 51
4.6.3 Ámbitos de intervención. .............................................................................................. 52
pág. 6
4.6.4 Materiales. ..................................................................................................................... 52
4.6.5 Ventajas y desventajas de la Ingeniería Naturalística. .................................................. 53
4.6.6 Estudio de la intervención a realizar. ............................................................................ 54
4.6.7 Ámbitos de análisis para un diseño de una obra de Ingeniería Naturalística. ............... 55
4. AREA DE ESTUDIO ............................................................................................................. 56
5. METODOLOGIA .................................................................................................................. 58
5.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca. ................................................... 58
5.2 Fase 2. Identificación de las zonas de remoción en masa. ................................................... 58
5.3 Fase 3. Diseños y aplicación de bioingeniería. .................................................................... 59
6. RESULTADOS ...................................................................................................................... 61
6.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca. .............................................. 61
6.2 Fase 2. Zonas de remoción en masa. .................................................................................... 63
6.2.1 Método de Sturges .................................................................................................... 66
6.2.2 Consolidado rango de clasificación según coeficientes. .......................................... 67
6.3 Fase 3. Diseño bioingeniería en punto análisis zona de alto riesgo. ............................... 68
6.3.1 Medidas encontradas en el talud del meandro. ............................................................. 69
6.3.2 Análisis estático y pseudo-estático. ............................................................................... 70
6.3.3 Análisis de estabilidad. .................................................................................................. 71
6.3.4 Solución con Bioingeniería ........................................................................................... 76
6.3.5 Consolidado mejoramiento. .......................................................................................... 78
6.3.6 Estabilización talud con re-vegetalización. ................................................................... 79
6.3.7 Método de instalación del Vetiver. ............................................................................... 81
7. PRESUPUESTO .................................................................................................................... 83
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .................................................................... 85
9. REFERENCIAS. .................................................................................................................... 90
pág. 7
CONTENIDO DE TABLAS.
Tabla 1. Clasificación Kc. .............................................................................................................. 24 Tabla 2. Clasificación Factor de forma. ......................................................................................... 25 Tabla 3. Clasificación índice de alargamiento. .............................................................................. 26 Tabla 4. Clasificación textura de drenaje. ...................................................................................... 28
Tabla 5. Clasificación de las cuencas de acuerdo con la pendiente media. ................................... 28 Tabla 6. Clasificación de coeficiente de masividad. ...................................................................... 31 Tabla 7. Tipo de intervención según pendiente. ............................................................................. 55 Tabla 8. Resultados característicos morfométricas cuenca Cay. ................................................... 62 Tabla 9. Tipos de suelos y coberturas en la microcuenca Cay. ...................................................... 63
Tabla 10. Cálculo de intervalos por método de Sturges ................................................................. 66
Tabla 11. Consolidado rangos clasificación cualitativa de riesgo. ................................................ 67 Tabla 12. Valores mínimos para análisis estático y pseudo - estático de taludes. ......................... 70
Tabla 13. Valores FS (Estático y Pseudo-estático) por diferentes métodos. .................................. 74
Tabla 14. Factores de seguridad mínimos para análisis de taludes. ............................................... 75 Tabla 15. Modelos matemáticos de análisis de estabilidad de taludes. .......................................... 79
Tabla 16. Calculo del presupuesto para la aplicación de bioingeniería. ........................................ 84
CONTENIDO DE ILUSTRACIONES.
Ilustración 1. Superficie de la prueba de Falla. .............................................................................. 40 Ilustración 2. Área de estudio microcuenca de la quebrada Cay. .................................................. 57 Ilustración 3. No. de Ordenes de la Cuenca Cay. ........................................................................... 61
Ilustración 4. Cruce tipo de suelo y tipo de cobertura en la microuenca Cay. ............................... 65
Ilustración 5. Identificación de las zonas de riesgo para cada coeficiente del suelo. ..................... 68 Ilustración 6. Talud de análisis para aplicación de bioingeniería. ................................................. 69 Ilustración 7. Perfil del talud modelado en Slide. .......................................................................... 72
Ilustración 8. Coeficiente de cargas sísmicas usado para el análisis .............................................. 72 Ilustración 9. Factor de seguridad obtenido del talud con falla circular. ....................................... 73
Ilustración 10. Factor de seguridad obtenido del talud con no falla circular. ................................ 74 Ilustración 11. Perfil talud con mejoramiento y sus dimensiones modelado en Slide Rocscience.
........................................................................................................................................................ 77 Ilustración 12. FS para diferentes metodologías. ........................................................................... 78 Ilustración 13. Pastos Vetiver. ........................................................................................................ 80
Ilustración 14. Vetiver comercial. .................................................................................................. 81 Ilustración 15. Gavión verde. ......................................................................................................... 82
CONTENIDO DE ECUACIONES.
Ecuación 1. Razón de bifurcación. Fuente: (Rojo, 2013) .............................................................. 19 Ecuación 2. Relación de Longitud. Fuente: (Londoño.C, 2001) .................................................... 20 Ecuación 3. Densidad de drenaje. Fuente: (Rojo, 2013) ................................................................ 21
pág. 8
Ecuación 4. Constante de estabilidad de Río. Fuente: (Rojo, 2013) .............................................. 22
Ecuación 5. Índice de torrencialidad. Fuente: (Rojo, 2013) ........................................................... 22
Ecuación 6. Sinuosidad de las corrientes de agua. Fuente: (Rojo, 2013) ...................................... 23 Ecuación 7. Índice de compacidad. Fuente: (FAO, 1985) ............................................................. 24 Ecuación 8. Factor de forma. Fuente: (FAO, 1985) ....................................................................... 25 Ecuación 9. Índice de alargamiento. Fuente: (FAO, 1985) ............................................................ 26 Ecuación 10. Índice asimétrico. Fuente: (FAO, 1985). .................................................................. 27
Ecuación 11. Pendiente media según Alvord. Fuente: (FAO, 1985) ............................................. 29 Ecuación 12. Pendiente media método de elevaciones extremas. Fuente: (FAO, 1985). .............. 29 Ecuación 13. Coeficiente de Masividad. Fuente: (FAO, 1985). .................................................... 30 Ecuación 14. Coeficiente orográfico. Fuente: (FAO, 1985). ......................................................... 31 Ecuación 15. Almacenamiento estático. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016) .................. 34
Ecuación 16. Conductividad hidráulica saturada del suelo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar,
2016) ............................................................................................................................................... 35 Ecuación 17. Velocidad de interflujo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016) ...................... 36
Ecuación 18. Numero de clases del método de Sturges. Fuente: (Portal educativo, 2012) ........... 37
Ecuación 19. Factor de seguridad por método de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013). ................................................... 38
Ecuación 20. Factor "mα" extenso de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 38 Ecuación 21. Presión de poros. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013) .................................................................................................................. 38 Ecuación 22. Factor de seguridad por método ordinario de Fellenius. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 39 Ecuación 23. Factor ΔLn extenso. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013) .................................................................................................................. 39
Ecuación 24. Factor de seguridad por método de Janbú. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 41 Ecuación 25. Factor mα extendo de Janbú. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 41
Ecuación 26. Factor de seguridad con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 42
Ecuación 27. Momento de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 42 Ecuación 28. Presión activa componente horizontal. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS
DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).................................................................................... 43 Ecuación 29. Presión activa según Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 43 Ecuación 30. Coeficiente de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 43 Ecuación 31. Momento de la componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León
Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ................................... 43 Ecuación 32. Componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 43
Ecuación 33. Factor de seguridad extenso con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 43
pág. 9
Ecuación 34. Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base.
Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ............ 44
Ecuación 35. Factor de seguridad extenso con comprobacion de deslizamiento a lo largo de la
base. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ... 45 Ecuación 36. Sumatoria de peso por unida de longitud. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 45 Ecuación 37. Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga. Fuente:
(León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ......................... 46 Ecuación 38. .Centroide de la distribución de carga en el suelo hacia la base de la estructura de
contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ,
2013) ............................................................................................................................................... 46 Ecuación 39. Momento de neto del muro de contención. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 47
Ecuación 40. Excentricidad en la base del muro de contención. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 47
Ecuación 41. Capacidad máxima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente:
(León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ......................... 47 Ecuación 42. Capacidad mínima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente:
(León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ......................... 47 Ecuación 43. Capacidad ultima de carga del suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS
DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).................................................................................... 47
Ecuación 44. Carga aportada por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 47
Ecuación 45. Base efectiva de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 47 Ecuación 46. Factor de forma aportado por la cohesión. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 48
Ecuación 47 Factor de forma aportado por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 48 Ecuación 48. Factor de forma aportado por el suelo Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS
DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).................................................................................... 48 Ecuación 49 Factor de inclinación de la carga aportado por la cohesión y la distancia de
fundación. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ,
2013) ............................................................................................................................................... 48 Ecuación 50 Factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 48 Ecuación 51. Ítem para el factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León
Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ................................... 48 Ecuación 52. Coeficiente de carga sísmica horizontal. Fuente: (Asociación Colombiana de
Ingeniería Sísmica, 2010) ............................................................................................................... 71 Ecuación 53. Coeficiente de carga sísmica vertical. Fuente: (Asociación Colombiana de
Ingeniería Sísmica, 2010) ............................................................................................................... 71 Ecuación 54. Factor de seguridad general. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 75
pág. 10
RESUMEN
Las cuencas hidrográficas son afectadas principalmente por la remoción en masa, lo cual
genera en las poblaciones aledañas de las hoyas afectadas problemas sociales, ambientales y
económicos. De acuerdo a las características morfometricas y las actividades antrópicas presentes
en zonas inestables, los taludes con altas pendientes aumentan el material de arrastre que termina
llegando a los afluentes aumentando la turbiedad y sedimentación en ellos.
Para el estudio en la microcuenca Cay se utilizó información en formato shape de los
drenajes, cobertura vegetal y tipo de suelos suministrada por el IGAC y por medio de las
herramientas SIG se obtuvieron características morfometricas y parámetros de infiltración de la
microcuenca de estudio. Se utilizaron métodos de agrupación de datos (Metodo Sturges) para
realizar una clasificación cualitativa de las zonas de riesgos. Una vez con las zonas de riesgo
identificadas, se llevó a cabo una visita de campo, para obtener las características del punto de
análisis, las cuales se procesaron en el programa Slide para obtener el diseño óptimo de
bioingeniería.
El objetivo general de la investigación es el diseño de obras de bioingeniería en la
microcuenca de la quebrada Cay, para esto debemos de: identificar las áreas de remoción de masa
y definir la técnica de bioingeniería que mejor se adapte según las características morfométricas de
la micro-cuenca Cay. Seguido a esto, se desarrolló un gavión verde recubierto con pasto vetiver el
cual está ubicado en las coordenadas 75°14'47.331"W 4°29'12.167"N; sector que es propenso a
remoción por la erosión generada por la quebrada Cay, el cual se propone intervenir y tiene un
costo de $ 17’910.053,00 m/cte.
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ABSTRACT
The hydrographic basins are affected mainly by the mass removal which generate social,
environmental and economic problems in the surrounding populations in the affected pits.
According to the morphometric characteristics and anthropogenic activities present in unstable
areas, slopes with high slopes increase the drag material that ends up reaching the tributaries
increasing the turbidity and sedimentation in them.
For the study in the Cay micro-basin, information was used in shape format of the drainages,
vegetation cover and soil type supplied by the IGAC, and by means of the SIG tools, morphometric
characteristics and infiltration parameters of the study micro-basin were obtained. Data grouping
methods (Method Sturges) were used to perform a qualitative classification of the risk areas. Once
the risk zones were identified, a field visit was carried out to obtain the characteristics of the
analysis point, which were processed in the Slide program to obtain the optimal bioengineering
design.
The general objective of the research is the design of bioengineering works in the microbasin
of the Cay Creek, for this we must: identify the areas of mass removal and define the bioengineering
technique that best suits the morphometric characteristics of the micro -Run Cay. Following this,
a gavion covered with vetiver grass was developed which is located at coordinates
75°14'47.331"W 4°29'12.167"N; sector that is prone to removal by the erosion generated by the
Cay creek, which intends to intervene and has a cost of $17'910,053,00 m / cte.
pág. 12
1. INTRODUCCIÓN
Una cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es
decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único
lago endorreico. Las hoyas hidrográficas actúan como importantes reservorios de agua que pueden
ser aprovechadas no sólo por el ser humano para su consumo personal, suministrando recursos
naturales para el desarrollo de actividades productivas que dan sustento a la población, usos
directos (agricultura, industria, agua potable, etc.), dilución de contaminantes, generación de
electricidad, regulación de flujos y control de inundaciones, transporte de sedimentos, recarga de
acuíferos, dispersión de semillas y larvas de la biota, también para el consumo de los animales y
plantas y por tanto el desarrollo de sistemas bióticos completos y duraderos. (ECURED, 2014)
La problemática en las cuencas hidrográficas, particularmente en sus zonas altas, pueden
atribuirse, por una parte a sus características físico-naturales y en gran medida a su ocupación en
forma anárquica, sin atender directrices de planificación para la ocupación ordenada del espacio y
para el aprovechamiento racional de los recursos naturales. (Rivera, Biblioteca Cenicafe, 2011)
La remoción en masa es un fenómeno que involucran el movimiento de material formador de
laderas por influencia de la gravedad, estos procesos gravitacionales ocurren cuando una ladera se
vuelve inestable como consecuencia de los cambios en el relieve. “El 98% de los movimientos en
masa están relacionados con la saturación de los suelos por el agua y la deforestación de las
laderas”. (Rivera, Biblioteca Cenicafe, 2011)
pág. 13
Los fenómenos naturales no se pueden evitar ya que son parte de los procesos geodinámicos
y/o hidrometeorológicos que actúan en nuestro planeta, por lo tanto, la principal forma de reducir
el riesgo es intervenir directamente en la vulnerabilidad de los elementos expuestos. Existen tres
tipos de medidas para reducir el riesgo, consistentes en diferentes estrategias o acciones para
reducir la vulnerabilidad física o funcional de los elementos bajo riesgo. Estos son con medidas
estructurales, medidas instrumentales y medidas con implementación de estructuras vivas
(Bioingeniería) (Cuanalos Campos & Gallardo Amaya , 2016)
La bioingeniería se define como la construcción de estructuras totalmente vivas,
ambientalmente amigables, usando diferentes partes de las plantas, principalmente raíces y tallos,
que a través del tiempo se convierten en obras vivas cada vez más fuertes, que sirven de refuerzo
para contener la erosión y frenar procesos de remoción en masa mejor conocidos como
deslizamientos que dañan las vías y afectan además otras infraestructuras. (Rivera, Universidad
Nacional de Colombia, 2009).
pág. 14
2. JUSTIFICACIÓN
La Quebrada Cay es una fuente de abastecimiento alterna que provee 178.478 L/S a la
población de Ibagué, captación que aporta alrededor del 16.5% de la totalidad del agua que
consume la ciudad de dicha población, en donde la microcuenca de la quebrada Cay es subalterna
de la gran cuenca del Rio Combeima, afluente de donde se capta la mayor parte del agua que
consumen los ibaguereños (CORTOLIMA, 2016).
La topografía en la microcuenca de la quebrada Cay la mayor parte es escarpada, por esto es
importante una identificación de los sectores propensos a sufrir fenómenos de remoción en masa,
para intervenir áreas susceptibles que lo requieran y evitar la erodación que pueda afectar los
cauces de la quebrada Cay, la cual se ve afectada cuando ocurren este tipo de fenómenos ya que
incrementa los volúmenes de turbiedad en el agua, los sedimentos y material de arrastre que pueden
convertirse en grandes movimientos, afectando a poblaciones aledañas y causando problemas
socioeconómicos, ya que esto desfavorece las actividades principales de la zona que son las
agrícolas, ganaderas y captación de agua.
La identificación de las zonas inestables por procesos de remoción en masa, comienza con la
discretización de los sectores de riesgo que pueden afectar la microcuenca Cay; una vez
identificadas las zonas vulnerables, se puede brindar un plan de manejo ambiental para la
conservación y protección de laderas.
Esta investigación fue realizada luego de un proceso arduo de identificación del escarpe de la
zona, análisis de estabilidad y reevaluación del proyecto. En donde la importancia que toma esta
pág. 15
indagación en caso de ser implementada como metodología de identificación de riesgo y
estabilización con bioingeniería por entidades competentes, será juzgada por el aporte a la
población enriquecida por la microcuenca en cada uno de los aspectos socioeconómicos, urbe que
se pretende capacitar con el uso adecuado correspondiente de suelo en las diferentes áreas de la
microcuenca.
Los beneficios que brinda este estudio, es tener un detallado análisis de los espacios que
integran la totalidad de la cuenca y así mismo, a partir de este conocimiento, prever, mejorar y estar
preparado ante eventualidades que puedan generar problema a la población aledaña y al usuario de
agua potable.
pág. 16
3. OBJETIVOS
3.1 General
Diseñar obras de bioingeniería en las áreas de riesgo de remoción de la quebrada Cay
en el municipio de Ibagué.
3.2 Específicos
Identificar las áreas de remoción de masa en la quebrada Cay
Definir la técnica de bioingeniería según las características morfométricas de la
Micro cuenca Cay.
Realizar el presupuesto teniendo en cuenta las características de las técnicas de
bioingeniería.
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4. MARCO TEORICO
4.1 Cuenca Hidrográfica
Son aquellas que hacen que el agua que proviene de las montañas o del deshielo, descienda por
la depresión hasta llegar al mar. En algunos casos, la cuenca puede no alcanzar el nivel del mar si
se trata de un valle encerrado por montañas, en cuyo caso la formación acuífera será
una laguna o lago. (ECURED, 2014)
4.1.1 Morfometría de las Cuencas
Es el estudio cuantitativo de las características físicas de una cuenca hidrográfica, se utiliza
para analizarla red de drenaje, las pendientes y la forma de una cuenca a partir del cálculo de valores
numéricos. Dentro de este contexto, es importante señalar que las mediciones deben ser realizadas
sobre un mapa con suficiente información hidrográfica y topográfica. (Delgadillo Santander &
Moreno Barrios , 2018)
La morfometría de cuencas resulta de gran utilidad ya que permite el estudio de la semejanza
de los flujos de diferentes tamaños con el propósito de aplicar los resultados de los modelos
elaborados en pequeña escala a prototipo de gran escala. (Delgadillo Santander & Moreno Barrios
, 2018)
Otro aspecto interesante, reside en los objetivos fundamentales de estos estudios, orientados o
dirigidos a inferir posibles picos de crecidas o a venidas en caso de tormentas, cuyas persecuciones
pág. 18
de tipo socioeconómico motivan especial atención tanto a la hora de utilizar y ocupar el territorio,
como en el momento de definir medidas de tipo estructural para el control de crecidas
excepcionales. La Morfometría de cuencas es igualmente denominada morfología de cuencas
hidrográficas según Lindley y geomorfología de la cuenca según Chow. (Delgadillo Santander &
Moreno Barrios , 2018)
4.1.1.1 Área de la cuenca
El área de la cuenca está definida por el espacio delimitado por la curva del perímetro (P). Esta
línea se traza normalmente mediante fotointerpretación de fotografía aéreas en las que se aprecia
el relieve (y por lo tanto las divisorias de aguas) o sobre un mapa topográfico en función las curvas
de nivel representadas. Probablemente sea el factor más importante en la relación escorrentía-
característica morfológica. En ocasiones, debido a que los métodos de estima de la escorrentía sólo
son válidos si se aplican a áreas de características similares, es necesario tener que dividir las
cuencas de gran tamaño en las que la red de drenaje es muy compleja en subcuencas o subsistemas
de menor entidad, pero mayor homogeneidad. (Ibañez Asencio, Moreno Ramon, & Gisbert
Blanquer, 2013).
4.1.1.2 Causes de la Cuenca
Dependiendo del sustrato en el que se desarrolla, el cauce de un río genera formas de artesa que
contienen las aguas de escurrimiento. Estas formas reciben el nombre de lecho fluvial.
Cuando el río está en período de estiaje, el agua sólo escurre por el lecho menor, encausado en
pág. 19
el canal de estiaje. En cambio, en los períodos de crecida, el agua inunda el lecho mayor. En
períodos extraordinarios de grandes avenidas, el río ocupa el lecho mayor excepcional.
(Universidad Católica de Chile, 2013)
4.1.1.3 Numero de Orden de los Causes
El orden de la cuenca está dado por el orden del cauce principal
Corrientes de primer orden: pequeños canales que no tienen tributario
Corrientes de segundo orden: dos corrientes de primer orden se unen
Corrientes de tercer orden: dos corrientes de segundo orden de unen
Corrientes de orden n+1: dos corrientes de orden n se unen Entre más alto es el orden de la
cuenca, indica un drenaje más eficiente que desalojará rápidamente el agua. (Ruiz, 2001).
4.1.1.4 Razón de bifurcación.
Es la relación entre el número de corrientes de cualquier orden u (Nu) y el número de corrientes
en el siguiente orden superior u+1 (Nu+1):
𝑹𝒃𝒖 =𝑵𝒊
𝑵𝒊+𝟏
( 1)
Ecuación 1. Razón de bifurcación. Fuente: (Rojo, 2013)
pág. 20
𝐑𝐛𝐮 = Relacion de bifurcacion (Adimensional)
𝐍𝐢 = Numero total de cauces de orden i
𝐍𝐢+𝟏 = Numero total de cauces de orden i + 1
El valor mínimo teóricamente posible para Rb es 2.0. Aunque en la realidad el valor promedio
es del orden de 3,5. (Rojo, 2013).
4.1.1.5 Relación de Longitud.
Es la relación entre la longitud promedio de cierto orden con la longitud promedio de los cauces
de orden inmediatamente inferior.
𝑹𝒍 =𝒍𝒊
𝑵𝒊−𝟏
(2)
Ecuación 2. Relación de Longitud. Fuente: (Londoño.C, 2001)
𝐑l = Relacion de longitudes (Adimensional)
𝐋𝐢 = Longitud promedio total de todos los cauces de orden i(m)
𝐍𝐢−𝟏 = Longitud promedio total de todos los cauces de orden i − 1(m)
pág. 21
4.1.1.6 Densidad de drenaje.
Es la relación entre la longitud total de las corrientes de agua de la cuenca y su área total:
𝑫𝒅 =∑ 𝑳𝒊
𝑨=
𝑲𝒎
𝒌𝒎𝟐
(3)
Ecuación 3. Densidad de drenaje. Fuente: (Rojo, 2013)
𝐃d = Densidad de drenaje (Km
Km2).
∑ 𝐋𝐢 = Suma de las longitudes de los drenajes que se intengran en la cuenca(Km).
𝐀 = Área de la cuenca(Km2).
Cuencas con drenaje pobre: Dd alrededor de 0.5 km/km2;
Cuencas bien drenadas: Dd alrededor de 3.5 km/km2. (Rojo, 2013)
4.1.1.7 Constante de estabilidad del Río.
Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para mantener condiciones
hidrológicas estables en una unidad e longitud de canal. Puede considerarse, por tanto, como una
medida de la erodabilidad de la cuenca. (Rojo, 2013).
Regiones con suelos altamente permeables que implican una elevada capacidad de infiltración
o regiones con densa cobertura vegetal, tiene valores altos de la constante es estabilidad y bajos de
densidad de drenaje. (Rojo, 2013)
pág. 22
Una baja constante de estabilidad, o una elevada densidad de drenaje, son característica de
cuenca con rocas débiles, escasa o nula vegetación y baja capacidad de infiltración del suelo. (Rojo,
2013)
𝐂 =𝐀
∑ 𝑳𝒊
(4)
Ecuación 4. Constante de estabilidad de Río. Fuente: (Rojo, 2013)
𝐂 = Constante de estabilidad del Río (Km2
Km).
∑ 𝐋𝐢 = Suma de las longitudes de los drenajes que se intengran en la cuenca(Km).
𝐀 = Área de la cuenca(Km2).
4.1.1.8 Índice de torrencialidad.
El índice de torrencialidad expresa el recorrido que debe hacer el agua para distribuirse en
los cauces de primer orden. (Rojo, 2013)
𝑪𝑻 =𝒏𝒊
𝐀
(5)
Ecuación 5. Índice de torrencialidad. Fuente: (Rojo, 2013)
pág. 23
𝐂 = Índice de torrencialidad (1
Km2).
𝐧𝐢 = Número de corrientes de primer orden.
𝐀 = Área de la cuenca(Km2).
A mayor número de curso de primer orden y menor superficie, la torrencialidad de la cuenca
será mayor.
4.1.1.9 Sinuosidad de las corrientes de agua.
Es la relación entre la longitud del río principal a lo largo de su cauce y la longitud del valle
medido en línea curva o recta, un valor de S menor o igual a 1.25 indica baja sinuosidad. Entre más
sinuosos las velocidades en el cauce son menores. (Rojo, 2013)
𝑺 =𝑳
𝑳𝑽
(6)
Ecuación 6. Sinuosidad de las corrientes de agua. Fuente: (Rojo, 2013)
𝐒 = Sinuosidad del cauce(𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙).
𝐋 = Longitud del cauce principal de la cuenca.
𝑳𝑽 = Longitud del valle del cauce principal, medida sobre un trazo suave del cauce.
4.1.1.10 Índice de compacidad o Índice de Gravelius.
Se trata de un indicador adimensional de la forma de la cueca, basado en la relación del
perímetro de la cuenca con el área de un circulo igual a la de la cuenca (Circulo equivalente); De
pág. 24
esta manera, entre mayor sea el coeficiente más distante será la forma de la cuenca con respecto al
círculo.
𝑲𝑪 = 𝟎. 𝟐𝟖 ∗ [𝑷
√𝑨]
(7)
Ecuación 7. Índice de compacidad. Fuente: (FAO, 1985)
𝐊𝐂 = Índice de compacidad o índice de Gravelius (Adimensional).
𝐏 = Perímetro de la cuenca (Km).
𝐀 = Área de la cuenca (Km).
4.1.1.11 Análisis “Kc”.
Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas redondas,
dentro de rangos que se muestran a continuación en la tabla No.1 (FAO, 1985):
Tabla 1. Clasificación Kc.
CLASE DE FORMA RANGO FORMA CARACTERISTICA
𝑪𝒍𝒂𝒔𝒆𝑲𝑪𝟏 Entre 1.0 y 1.25 Redonda a oval redonda
Mayor grado de
susceptibilidad a crecidas, por
lo tanto se debe hacer un
mejor manejo a la
microcuenca.
𝑪𝒍𝒂𝒔𝒆𝑲𝑪𝟐 Entre 1.0 y 1.25 Oval redonda a oval oblonga Mediana susceptibilidad a la
torrencialidad.
𝑪𝒍𝒂𝒔𝒆𝑲𝑪𝟑 Entre 1.0 y 1.25 Oval oblonga a rectangular
oblonga
Presenta menor grado de
susceptibilidad a crecidas.
Fuente: (FAO, 1985).
pág. 25
4.1.1.12 Factor de forma.
Es la relación entre el área de la cuenca y el cuadrado del máximo recorrido. Es un parámetro
adimensional que denota la forma redondeada o alargada de la cuenca (FAO, 1985).
𝐅 =𝑨
𝑳𝒎𝟐
(8)
Ecuación 8. Factor de forma. Fuente: (FAO, 1985)
𝐅 = Factor de forma (𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙).
𝐏 = Área de la cuenca (Km).
𝑳𝒎 = Longitud del maximo recorrido de la cuenca (Km).
4.1.1.13 Análisis factor de forma.
Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas achatadas
o alargadas, dentro de rangos que se muestran a continuación en la tabla No.2 (FAO, 1985):
Tabla 2. Clasificación Factor de forma.
VALOR FORMA CARACTERISTICAS
F>1 Cuenca Achatada. Tendencia a ocurrencia de
avenidas.
F<1 Cuenca alargada Baja susceptibilidad a las
avenidas. Fuente: (FAO, 1985).
pág. 26
4.1.1.14 Índice de alargamiento.
Es otro parámetro que muestra el comportamiento de forma de la cuenca respecto a su
tendencia a ser de forma alargada, en relación con su longitud axial y con el ancho máximo de la
cuenca (FAO, 1985).
𝑰𝒂 =𝑳𝒎
𝑳
(9)
Ecuación 9. Índice de alargamiento. Fuente: (FAO, 1985)
𝑰𝒂 = Índice de alargamiento(𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙).
𝐋 = Ancho máximo (Km).
𝑳𝒎 = Longitud máxima (Km).
4.1.1.15 Análisis de índice de alargamiento.
Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas anchas
o largas, dentro de rangos que se muestran a continuación en la tabla No.3:
Tabla 3. Clasificación índice de alargamiento.
VALOR FORMA CARACTERISTICAS
F>1 Formas más alarga Presenta un área más larga que ancha y
su red principal es larga.
F<1 Forma poca alargada
Red de drenaje se presenta en forma de
abanico, donde las confluencias pueden
estar cerca una de otra y el cauce
principal es corto Fuente: (FAO, 1985).
pág. 27
4.1.1.16 Índice asimétrico.
Este índice evalúa la homogeneidad en la distribución de la red de drenaje; es la relación
del área de las vertientes, mayor y menor, las cuales son separadas por el cauce principal.
𝑰𝒂𝒔 =𝑨𝒎𝒂𝒚
𝑨𝒎𝒆𝒏
(10)
Ecuación 10. Índice asimétrico. Fuente: (FAO, 1985).
𝐈𝐚𝐬 = Índice asimétrico (Adimensional).
𝐀𝐦𝐚𝐲 = Area vertiente mayor (Km2).
𝐀𝐦𝐞𝐧 = Area vertiente menor (Km2).
4.1.1.17 Análisis índice asimétrico.
Si se tiene un índice mucho mayor a 1 Ias>>1, se observa sobre la cuenca que el río principal
estará recargado a una de las vertientes, lo cual implica una heterogeneidad en la distribución de la
red de drenaje aumentando la descarga hídrica de la cuenca a esta vertiente, incrementando en
cierto grado los niveles de erodabilidad a causa de los altos eventos de escorrentía superficial
obtenidos (FAO, 1985).
4.1.1.18 Textura de drenaje.
Teniendo en cuenta la estrecha relación existente entre la textura y la densidad de drenaje, y
con el fin de eliminar la subjetividad que se puede presentar al calificar la textura, se ha optado por
pág. 28
relacionar las calificaciones de textura de drenaje con la escala de valores asignada a la densidad
de drenaje, de tal forma en la tabla No.4 (FAO, 1985):
Tabla 4. Clasificación textura de drenaje.
VALORES DE DENSIDAD DE
DRENAJE “Dd”. TEXTURA DE DRENAJE.
Menor a 1.5 Km/Km2 GRUESA
Entre 1.5 y 3.0 Km/Km2 MEDIA
Mayor de 3.0 Km/Km2 FINA
Fuente: (FAO, 1985).
4.1.1.19 Características del relieve de una hoya.
La pendiente es la variación de la inclinación de una cuenca, su determinación es importante
para definir el comportamiento de la cuenca respecto al desplazamiento de las capas de suelo
(erosión sedimentación) (REYES T, ULISES B, & CARVAJAL E, 2011.).
Tabla 5. Clasificación de las cuencas de acuerdo con la pendiente media.
PENDIENTE MEDIA (%) TIPO DE RELIEVE SIMBOLO
0-3 Plano P1
3-7 Suave P2
7-12 Medianamente Accidentado P3
12-20 Accidentado P4
20-35 Fuertemente Accidentado P5
35-50 Muy fuertemente accidentado P6
50-75 Escarpado P7
>75 Muy escarpado P8 Fuente: (SANCHEZ ANGULO, 2014).
pág. 29
4.1.1.20 Pendiente media método de Alvord.
Alvord, para estimar la pendiente media de las cuencas propone la siguiente expresión (FAO,
1985).
𝑺𝒎 =𝑫. ∑ 𝑳𝑪
𝐀
(11)
Ecuación 11. Pendiente media según Alvord. Fuente: (FAO, 1985)
𝐒𝐦 = Pendiente media de la cuenca(Adimensional).
∑ 𝐋𝐂 = Sumatoria de las longitudes de todas las curvas de nivel que estan dentro de la cuenca (Km).
𝐀 = Area total de la cuenca (Km2).
𝐃 = Diferencia de nivel entre las curvas. (Km).
4.1.1.21 Pendiente media método de elevaciones extremas.
Consiste en determinar el desnivel entre los puntos más elevados y punto más bajo del rio en
estudio y luego dividirlo entre la longitud del mismo cauce.
𝐒(%) =(𝑯𝒎𝒂𝒙 − 𝑯𝒎𝒊𝒏)
𝐋𝒙𝟏𝟎𝟎
(12)
Ecuación 12. Pendiente media método de elevaciones extremas. Fuente: (FAO, 1985).
pág. 30
𝐒 = Pendiente media del cauce (%).
𝐇𝐦𝐚𝐱 = Altitud máxima del río en estudio (m. s. n. m).
𝐇𝐦𝐢𝐧 = Altitud mínima del río en estudio (m. s. n. m).
𝐋 = Longitud del cauce principal de la cuenca (m).
4.1.1.22 Curva Hipsométrica.
Constituye un criterio de la variación territorial del escurrimiento resultante de una región, lo
que genera la base para caracterizar zonas climatológicas y ecológicas. La curva Hipsométrica
refleja con precisión el comportamiento global de la altitud de la cuenca y la dinámica del ciclo de
erosión. Es la representación gráfica del relieve de la cuenca en función de la superficie
correspondiente (SANCHEZ ANGULO, 2014).
4.1.1.23 Coeficiente de Masividad.
Representa la relación entre la elevación media de la cuenca y su superficie. Permite
diferenciar cuenca de igual altura media, pero de relieve distinto, aunque puede dar valores iguales
para cuencas distintas, por lo que no sería válido para definir como tal la erosión (FAO, 1985).
𝑲𝒎 =𝑯𝒎𝒆𝒅
𝐀
(13)
Ecuación 13. Coeficiente de Masividad. Fuente: (FAO, 1985).
pág. 31
𝐊𝐦 = Coeficiente de masividad (m. s. n. m
Km2).
𝐇𝐦𝐞𝐝 = Altitud media de la cuenca (m. s. n. m).
𝐀 = Área de la cuenca(Km).
Este coeficiente toma valores altos en cuencas montañosas y bajos en cuenca planas.
Tabla 6. Clasificación de coeficiente de masividad.
RANGOS DE Km CLASES DE MASIVIDAD
0-35 Moderadamente montañosa
35-70 Montañosa
70-105 Muy Montañosa Fuente: (FAO, 1985).
4.1.1.24 Coeficiente Orográfico.
Es la relación entre el cuadrado de la altitud media del relieve y la superficie proyectada sobre
un plano horizontal. Este parámetro expresa el potencial de degradación de la cuenca, crece
mientras que la altura media del relieve aumenta y la proyección del área de la cuenca disminuye
(FAO, 1985).
𝑪𝑶 =𝑯𝒎𝒆𝒅
𝟐
𝐀
(14)
Ecuación 14. Coeficiente orográfico. Fuente: (FAO, 1985).
pág. 32
𝐂𝐎 = Coeficiente orográfico (m. s. n. m
Km2).
𝐇𝐦𝐞𝐝 = Altitud media de la cuenca (m. s. n. m).
𝐀 = Área de la cuenca(Km).
4.1.1.25 Perfil longitudinal del cauce principal.
Se muestra gráficamente, mediante la representación de la elevación (m.s.n.m), y la longitud
en metros medida desde la desembocadura hasta el punto más alto o cualquier otro punto de
referencia (FAO, 1985).
4.1.1.26 Características de las cuencas hidrográficas.
La curva cota superficie: esta característica es además una indicación del potencial
hidroeléctrico de la cuenca.
El coeficiente de forma: da indicaciones preliminares de la onda de avenida que es capaz
de generar.
El coeficiente de ramificación: también da indicaciones preliminares respecto al tipo de
onda de avenida. (ECURED, 2014)
pág. 33
4.1.1.27 Partes que forman una cuenca.
Cuenca alta: que corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran
pendiente
Cuenca media: la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido
que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.
Cuenca baja: la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita
en lo que se llama cono de deyección. (ECURED, 2014)
4.2 Parámetros hidrológicos.
4.2.1 Hidrología.
La hidrología es el estudio del movimiento, distribución y calidad del agua en todas las zonas
de la Tierra, y se dedica tanto al ciclo hidrológico como a los recursos de agua. Los hidrólogos
trabajan en ciencias ambientales o geológicas, geografía física, e ingeniería civil y ambiental.
(Perez, 2015)
Los dominios de la hidrología incluyen la hidrometeorología, la hidrología superficial, la
hidrogeología, la administración del drenaje y la calidad del agua. La oceanografía y la
meteorología no están incluidas porque en ellas el agua es sólo uno de muchos aspectos
importantes. (Perez, 2015)
pág. 34
4.2.2 Almacenamiento estático “Hu”.
Representa el recorrido del agua dentro de la cuenca suponiendo que solo sale en forma de
evaporación. (Calderon & Lemus, 2016)
Para el cálculo de este indicador de almacenamiento en el suelo, se tiene en cuenta que la
profundidad efectiva de la raíz para bosques, cultivos, pastos y zonas impermeables serán 2 m, 1
m, 0.3 m, y 0 m respectivamente. (Yang, Randall, & McVicar, 2016)
𝑯𝑼𝒄𝒐𝒃 = 𝑯𝑼𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 ∗𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑹
𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑷
( 12)
Ecuación 15. Almacenamiento estático. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016)
Donde:
𝐇𝐔𝐜𝐨𝐛 = Contenido de agua en (mm)
𝐇𝐔𝐓𝐎𝐓𝐀𝐋 = Promedio ponderado de contenido de agua de la unidad de suelo(mm)
𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐑 = Profundidad efectiva de la raiz(m)
𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐏 = profundidad ponderada de la unidad de suelo (m)
pág. 35
4.2.3 Capacidad de infiltración “Ks”.
Es el proceso por el cual el agua entra en la superficie de la tierra entra en el suelo. Depende
de la textura y estructura del suelo, los tipos de vegetación, el contenido de agua del suelo, la
temperatura del suelo y la intensidad de precipitación. (Perez, 2015)
𝑲𝒔 = 𝑲𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 ∗𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑹
𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑷
(16)
Ecuación 16. Conductividad hidráulica saturada del suelo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016)
𝐊𝐬 = Coeficiente conductividad hidraulicas satura del suelo (mm
h).
𝐊𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 = Promedio ponderado de conductividad hidraulica satura de la unidad de suelo(mm).
𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐑 = Profundidad efectiva de la raiz(m).
𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐏 = profundidad ponderada de la unidad de suelo (m).
4.2.4 Conductividad hidráulica interflujo “Kss”.
Inicia luego de transcurrir la precipitación y una vez que la capacidad de intercepción y la
detención superficial del suelo han sido satisfechas, ya en el subsuelo el agua circula y se distribuye
conforme a las condiciones geológicas y topográficas habiéndose definido por varios parámetros
del suelo, de los cuales el más representativo es la conductividad hidráulica, que no es otra cosa
que la capacidad del agua para moverse a través de un medio permeable, siendo esta característica
la mejor forma de definir la permeabilidad ya que cuantifica la capacidad de infiltración del suelo.
(Barbecho & Calle Ortiz , Caracterización de la conductividad hidraulica de los suelos., 2012)
pág. 36
𝑲𝒔𝒔 = 𝑲𝒔𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 ∗𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑹
𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑷
(17)
Ecuación 17. Velocidad de interflujo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016)
𝐊𝐬𝐬 = Coeficiente de velocidad de interflujo del suelo (mm
h).
𝐊𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 = Promedio ponderado de velocidad de interflujo de la unidad de suelo(mm).
𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐑 = Profundidad efectiva de la raiz(m).
𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐏 = profundidad ponderada de la unidad de suelo (m).
4.3 Métodos estadísticos para clasificación de zonas de riesgo.
4.3.1 Tablas de frecuencias con datos agrupados.
Cuando no se conocen los intervalos, por este método, se debe buscar el valor máximo de la
variable y el valor mínimo. Con estos datos se determina el rango.
Luego se divide el rango en la cantidad de intervalos que se desea tener, obteniéndose así la
amplitud o tamaño de cada intervalo.
Comenzando por el mínimo valor de la variable, que será el extremo inferior del primer
intervalo, se suma a este valor la amplitud para obtener el extremo superior y así sucesivamente.
(Portal educativo, 2012).
pág. 37
4.3.2 Método Sturges.
Este es un método estadístico para calcular los intervalos de un grupo de datos, para ello se
debe tener en cuenta la siguiente ecuación:
𝑲 = 𝟏 + 𝟑. 𝟑𝟑𝟐 𝑳𝒐𝒈(𝒏)
( 18)
Ecuación 18. Numero de clases del método de Sturges. Fuente: (Portal educativo, 2012)
Donde:
𝐊 = Numero de clases.
𝐧 = tamaño muestral.
Se debe tener en cuenta 2 cosas. Primero que el número de intervalos me tiene que
dar impar, segundo que el resultado se redondea generalmente a la baja. Si al redondear a la baja
nos da como resultado un número par debemos redondear al alza. Este es el método que tiene mayor
precisión. (Portal educativo, 2012)
4.4 Modelos matemáticos de análisis de taludes.
4.4.1 Método de Bishop simplificado.
“Bishop (1955) presento un método utilizando dovelas y teniendo en cuenta el efecto de las
fuerzas entre las dovelas. Bishop asume que las fuerzas entre dovelas son horizontales o sea que
pág. 38
no tiene en cuenta las fuerzas de cortante. La solución rigurosa de Bishop es muy compleja y por
esta razón se utiliza una versión simplificada de método”. (Diaz, 2018)
𝑭𝑺𝑺 =
∑ [𝒄′ ∗ 𝒃𝒏 + (𝑾𝒏 − 𝒖𝒏 ∗ 𝒃𝒏) ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′] ∗ [𝟏
𝒎 (𝜶)𝒏]
𝒏=𝒑𝒏=𝟏
∑ 𝑾𝒏 ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏𝒏=𝒑𝒏=𝟏
( 19)
Ecuación 19. Factor de seguridad por método de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).
𝒎 (𝜶)𝒏 = 𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏 +𝒕𝒂𝒏ɸ′ ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏
𝑭𝑺𝑺
( 20)
Ecuación 20. Factor "mα" extenso de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝒖𝒏 = 𝒉𝒏 ∗ 𝜸𝒘 (21)
Ecuación 21. Presión de poros. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
FS: Factor de seguridad.
c’: Cohesión en la superficie de falla.
tanɸ’: Coeficiente de fricción en la superficie de falla.
Wn: Peso total de cada dovela.
Senα: Componente tangencial actuante en cada dovela.
Cosα: Componente normal resistente en cada dovela.
bn: Ancho de la dovela n-ésima.
pág. 39
Un: Presión media de agua intersticial en la parte inferior de la dovela o presión de poros.
hn: Altura de lámina de la parte inferior de la dovela hasta la superficie freática.
ϒw: Peso específico del agua.
4.4.2 Método ordinario o de Fellenius.
“Conocido también como método sueco, método de las dovelas. Este método asume
superficies de falla circulares, divide el área de falla en tajadas verticales, obtiene las fuerzas
actuantes y resultantes ara casa tajada y con la sumatoria de los momentos con respecto al centro
del circulo producidos por estas fuerzas se obtienen el factor de seguridad”. (Diaz, 2018)
𝑭𝑺𝑺 =∑ [𝒄′ ∗ 𝑳𝒏 + (𝑾𝒏 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏 − 𝒖𝒏 ∗ ∆𝑳𝒏)] ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′
𝒏=𝒑𝒏=𝟏
∑ 𝑾𝒏 ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏𝒏=𝒑𝒏=𝟏
(22)
Ecuación 22. Factor de seguridad por método ordinario de Fellenius. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
∆𝑳𝒏 =𝒃𝒏
𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏
(233)
Ecuación 23. Factor ΔLn extenso. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
FS: Factor de seguridad.
c’: Cohesión en la superficie de falla.
pág. 40
tanɸ’: Coeficiente de fricción en la superficie de falla.
Wn: Peso total de cada dovela.
Senα: Componente tangencial actuante en cada dovela.
Cosα: Componente normal resistente en cada dovela.
ΔLn: Longitud de arco en cada dovela.
bn: Ancho de la dovela n-ésima.
Ilustración 1. Superficie de la prueba de Falla.
Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, 2013)
pág. 41
4.4.3 Método de Janbú.
“El método simplificado de Janbú se basa en la suposición que las fuerzas entre dovelas son
horizontales y no tiene en cuentas las fuerzas de cortante. Janbú considera que las superficies de
falla no necesariamente son circulares y establece un factor de corrección F0. El factor f0 depende
de la curvatura de la superficie de falla”. (Diaz, 2018)
“El método de Janbú solamente satisface equilibrio de fuerzas y no satisface equilibrio de
momentos”. (Diaz, 2018)
𝑭𝑺𝑺 =
∑ [𝒄′ ∗ 𝒃𝒏 + (𝑾𝒏 − 𝒖𝒏 ∗ 𝒃𝒏) ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′] ∗ [𝟏
𝒄𝒐𝒔𝜶 ∗ 𝒎 (𝜶)𝒏]
𝒏=𝒑𝒏=𝟏
∑ 𝑾𝒏 ∗ 𝒕𝒂𝒏𝜶𝒏𝒏=𝒑𝒏=𝟏
(24)
Ecuación 24. Factor de seguridad por método de Janbú. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝒎 (𝜶)𝒏 = 𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏 +𝒕𝒂𝒏ɸ′ ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏
𝑭𝑺𝑺
(25)
Ecuación 25. Factor mα extendo de Janbú. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
FS: Factor de seguridad.
c’: Cohesión en la superficie de falla.
tanɸ’: Coeficiente de fricción en la superficie de falla.
Wn: Peso total de cada dovela.
Senα: Componente tangencial actuante en cada dovela.
Cosα: Componente normal resistente en cada dovela.
pág. 42
bn: Ancho de la dovela n-ésima.
Un: Presion media de agua intersticial en la parte inferior de la dovela o presión de poros.
hn: Altura de lámina de la parte inferior de la dovela hasta la superficie freática.
ϒw: Peso específico del agua.
4.4.4 Factor de seguridad con comprobación de vuelco.
El factor de seguridad contra el vuelco es sobre la punta exterior del muro de contención
sea gavión, muro armado o cualquier estructura de estabilidad que en su forma actué como tabla
estaca y puede expresarse como:
𝑭𝑺(𝒗𝒖𝒆𝒍𝒄𝒐) =∑ 𝑴𝑹
∑ 𝑴𝑶> 𝟐. 𝟎 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒂
( 26)
Ecuación 26. Factor de seguridad con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
ΣMr: Suma de los momentos de fuerzas que tienden a volcar el punto de la esquina exterior del
muro.
ΣMo: Suma de los momentos de fuerzas que tienden evitar el vuelco del punto de la esquina
exterior del muro.
El momento de vuelvo es
∑ 𝑴𝑶 = 𝑷𝒉 ∗ (𝑯′
𝟑)
( 47)
Ecuación 27. Momento de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
pág. 43
𝑷𝒉 = 𝑷𝒂 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶 ( 58)
Ecuación 28. Presión activa componente horizontal. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝑷𝒂 =𝟏
𝟐𝜸𝟏𝑯′𝟐𝑲𝒂
( 69)
Ecuación 29. Presión activa según Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ,
2013)
𝑲𝒂 =𝟏 − 𝒔𝒆𝒏ɸ′
𝟏 + 𝒔𝒆𝒏ɸ′
( 30)
Ecuación 30. Coeficiente de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
𝑴𝒗 = 𝑷𝒗 ∗ 𝑩 (31)
Ecuación 31. Momento de la componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS
DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
𝑷𝒗 = 𝑷𝒂 ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶 (32)
Ecuación 32. Componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝑭𝑺(𝒗𝒖𝒆𝒍𝒄𝒐) =∑ 𝑴𝑹
∑ 𝑴𝑶=
𝑴𝟏 + 𝑴𝟐 + 𝑴𝟑 + 𝑴𝟒 + ⋯ + 𝑴𝒏 + 𝑴𝒗
𝑷𝒂 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶 ∗ (𝑯′𝟑 )
( 33)
Ecuación 33. Factor de seguridad extenso con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
pág. 44
FS: Factor de seguridad.
ɸ’: Ángulo de fricción interna del suelo.
senɸ’: Componente vertical.
cosɸ’: Componente horizontal.
Ph: Componente horizontal de la presión activa de Rankine.
Pv: Componente vertical de la presión activa de Rankine
B: Ancho de la losa de base.
Pa: Presión activa de Rankine.
Ka: Coeficiente de presión activa de Rankine.
H’: Altura de efectiva del muro de contención.
ϒ1: Peso unitario del relleno.
Mv: Momento de la componente vertical de la presión activa de Rankine.
4.4.5 Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base.
El factor de seguridad contra el deslizamiento a lo largo de la base es sobre la punta exterior
del muro de contención sea gavión, muro armado o cualquier estructura de estabilidad que en su
forma actué como tabla estaca y puede expresarse como:
𝑭𝑺(𝒅𝒆𝒔𝒍𝒊𝒛𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐) =∑ 𝑭𝑹′
∑ 𝑭𝒅> 𝟏. 𝟓 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒂
( 34)
Ecuación 34. Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
pág. 45
ΣFr’: Suma de las fuerzas de resistencia horizontal.
ΣFd: Suma de las fuerzas impulsoras horizontales.
𝑭𝑺(𝒅𝒆𝒔𝒍𝒊𝒛𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐) =(∑ 𝑽) ∗ 𝒕𝒂𝒏(𝒌𝟏ɸ′) + 𝑩𝒌𝟐𝒄′
𝑷𝒂 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶
(35)
Ecuación 35. Factor de seguridad extenso con comprobacion de deslizamiento a lo largo de la base. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
Donde k1 y k2 están en el rango de ½ a 2/3 (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013).
(∑ 𝑽) = 𝜸𝟏 ∗ 𝑨𝟏 + 𝜸𝟐 ∗ 𝑨𝟐 + 𝜸𝟐 ∗ 𝑨𝟐 + 𝜸𝟐 ∗ 𝑨𝟐 + ⋯ + 𝜸𝒏 ∗ 𝑨𝒏 + 𝑷𝒗 (36)
Ecuación 36. Sumatoria de peso por unida de longitud. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
FS: Factor de seguridad.
k1 y k2: Coeficientes de reducción.
c’: Cohesión en la superficie de falla.
ɸ’: Ángulo de fricción interna del suelo.
tanɸ’: Coeficiente de fricción en la superficie de falla.
senɸ’: Componente vertical.
cosɸ’: Componente horizontal.
B: Ancho de la losa de base.
pág. 46
ϒn: Peso unitario del relleno.
An: Área de la figura que conforma el muro de contención.
ΣV: Sumatoria de peso por unidad de longitud del muro.
4.4.6 Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga.
El factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga resalta “la
presión vertical transmitida al suelo por la losa de base del muro de contención deberá cotejarse
con la capacidad ultima de carga del suelo” (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝑭𝑺(𝒄𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂) =𝒒𝒖
𝒒𝒎𝒂𝒙> 𝟑. 𝟎 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒂
( 7)
Ecuación 37. Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
qu: Capacidad ultima de carga del suelo.
qmáx: Capacidad máxima en la punta de la base de la estructura de contención.
qmín: Capacidad máxima en el talón de la base de la estructura de contención.
𝑿 =𝑴𝒏𝒆𝒕𝒐
∑ 𝑽
( 38)
Ecuación 38. .Centroide de la distribución de carga en el suelo hacia la base de la estructura de contención. Fuente: (León
Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
pág. 47
𝑴𝒏𝒆𝒕𝒐 = ∑ 𝑴𝑹 − ∑ 𝑴𝑶 ( 8)
Ecuación 39. Momento de neto del muro de contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝒆 =𝑩
𝟐− 𝑿 <
𝑩
𝟔
( 40)
Ecuación 40. Excentricidad en la base del muro de contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝒒𝒎á𝒙 = 𝒒𝒑𝒖𝒏𝒕𝒂 =∑ 𝑽
𝑩(𝟏 −
𝟔𝒆
𝑩)
( 41)
Ecuación 41. Capacidad máxima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
𝒒𝒎í𝒏 = 𝒒𝒕𝒂𝒍ó𝒏 =∑ 𝑽
𝑩(𝟏 +
𝟔𝒆
𝑩)
(42)
Ecuación 42. Capacidad mínima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
𝒒𝒖 = 𝒄′𝑵𝒄𝑭𝒄𝒅𝑭𝒄𝒊 + 𝒒𝑵𝒒𝑭𝒒𝒅𝑭𝒒𝒊 +𝟏
𝟐𝜸𝑩′𝑵𝜸𝑭𝜸𝒅𝑭𝜸𝒊
( 43)
Ecuación 43. Capacidad ultima de carga del suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA
, 2013)
𝒒 = 𝜸𝑫 ( 9)
Ecuación 44. Carga aportada por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝑩′ = 𝑩 − 𝟐𝒆 ( 10)
Ecuación 45. Base efectiva de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
pág. 48
𝑭𝒄𝒅 = 𝑭𝒒𝒅 −𝟏 − 𝑭𝒒𝒅
𝑵𝒄 ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′
( 46)
Ecuación 46. Factor de forma aportado por la cohesión. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝑭𝒒𝒅 = 𝟏 + 𝟐𝒕𝒂𝒏ɸ′(𝟏 − 𝒔𝒆𝒏ɸ′)𝟐 ∗𝑫
𝑩′
( 47)
Ecuación 47 Factor de forma aportado por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
𝑭𝜸𝒅 = 𝟏 ( 48)
Ecuación 48. Factor de forma aportado por el suelo Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA
GEOTÉCNICA , 2013)
𝑭𝒄𝒊 = 𝑭𝒒𝒊 = (𝟏 −𝝍°
𝟗𝟎°)
𝟐
( 49)
Ecuación 49 Factor de inclinación de la carga aportado por la cohesión y la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas,
FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
𝑭𝜸𝒊 = (𝟏 −𝝍°
ɸ′°)
𝟐
( 50)
Ecuación 50 Factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE
INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
𝝍° = 𝐭𝐚𝐧−𝟏(𝑷𝒂𝒄𝒐𝒔𝜶
∑ 𝑽)
( 51)
Ecuación 51. Ítem para el factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS
DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)
pág. 49
FS: Factor de seguridad.
𝐍𝐜, 𝐍𝐪, 𝐍𝛄: Factores de capacidad de carga.
𝐅𝐜𝐝, 𝐅𝐪𝐝, 𝐅𝛄𝐝: Factores de profundidad.
𝐅𝐜𝐢, 𝐅𝐪𝐢, 𝐅𝛄𝐢: Factores de inclinacion de la carga.
FS: Factor de seguridad.
c’: Cohesión en la superficie de falla.
ɸ’: Ángulo de fricción interna del suelo.
tanɸ’: Coeficiente de fricción en la superficie de falla.
senɸ’: Componente vertical.
cosɸ’: Componente horizontal.
B: Ancho de la losa de base.
B’: Ancho efectivo de la losa de base.
e: Excentricidad en la base que debe ser menor a B/6 de la base.
ΣMr: Suma de los momentos de fuerzas que tienden a volcar el punto de la esquina exterior del
muro.
ΣMo: Suma de los momentos de fuerzas que tienden evitar el vuelco del punto de la esquina
exterior del muro.
ΣMneto: Momento neto sobre la punta de la estructura de contención.
ΣV: Sumatoria de peso por unidad de longitud del muro.
X: Centroide de la distribución de carga en el suelo hacia la base de la estructura de contención.
ϒn: Peso unitario del relleno.
D: Distancia de fundación.
pág. 50
4.5 Herramientas tecnológicas
4.5.1 Sistema de información geográfica SIG.
“Los SIG son ante todo herramientas de ayuda en la resolución de problemas. De forma
general, están compuestos por un conjunto de metodologías, procedimientos y programas
informáticos especialmente diseñados para manejar información geográfica y datos temáticos
asociados. El concepto de herramienta hace referencia a que el SIG no es el fin, sino el medio, ya
que es una herramienta utilizada para preparar y presentar hechos que ocurren sobre la superficie
terrestre, así que no debemos especializarnos en saber manejar un programa informático, sino en
saber cómo aplicar su potencialidad para nuestro beneficio.” (Codazzi, 2018)
4.5.2 ArcGis 10.3.
“ArcGIS es un completo sistema que permite recopilar, organizar, administrar, analizar,
compartir y distribuir información geográfica. Como la plataforma líder mundial para crear y
utilizar sistemas de información geográfica (SIG), ArcGIS es utilizada por personas de todo el
mundo para poner el conocimiento geográfico al servicio de los sectores del gobierno, la empresa,
la ciencia, la educación y los medios.” (ESRI, 2017)
pág. 51
4.5.3 Slide Rocscience.
Slide es un software de análisis de Estabilidad de Taludes en 2D que utiliza métodos de
equilibro límite para el cálculo de la estabilidad. Su ámbito de aplicación en minería y obra civil es
muy variado, permitiendo evaluar un gran número de problemáticas geotécnicas, tales como
estabilidad de terraplenes, presas, taludes en excavaciones mineras o en edificaciones, efectos de
cargas externas, sísmicas, eficiencia de elementos de refuerzo, etc. (ICOG, 2016)
4.6 Bioingeniería.
4.6.1 Definición Ingeniería Naturalistica.
La Ingeniería Naturalística (IN) es una disciplina técnico-científica que estudia las
modalidades de uso, como materiales de construcción en intervenciones de control de erosión, de
contención y recuperación ambiental, de plantas vivas, de partes de plantas o de asociaciones
vegetales, a menudo en combinación con materiales orgánicos muertos (madera, etc.) y como
materiales no orgánicos naturales (piedras, tierra, etc.) y sintéticos (hierro, plástica, etc.).
(Consorcio PNUD-CRIC-PLAN INTERNACIONAL ECUADOR, 2012)
4.6.2 Finalidades de la Ingeniería Naturalistica.
Técnicas: Control erosión, prevención deslizamientos, recuperación ambiental,
disminución impactos de construcción civiles.
pág. 52
Naturalisticas: No solamente de “maquillaje verde”, sino también de recuperación de
ecosistemas naturales.
Estéticas y paisajísticas: De reconexión con el paisaje del alrededor.
Económicas y sociales: Competitividad económicas con relación a las intervenciones
clásicas de la Ingeniería Civil (muros, gaviones, etc.); las obras de ingeniería
naturalisticas suelen necesitar de mano de obra y de materiales locales.
(Consorcio PNUD-CRIC-PLAN INTERNACIONAL ECUADOR, 2012)
4.6.3 Ámbitos de intervención.
Taludes.
Ríos.
Infraestructuras (carreteras, túneles, etc.).
Recuperación ecológica (Minas, basureros).
4.6.4 Materiales.
Materiales vegetales vivos: Semillas, estolones, estacas, plántulas, rizomas, chambas,
etc.
Materiales orgánicos muertos: Madera, fibras orgánicas (cabuya, coco, yuta, etc.),
abonos orgánicos, etc.
Materiales no orgánicos naturales y sintéticos: Piedras, gravas, hierro, acero, geotextil,
redes plásticas, tubos, abonos químicos, etc.
pág. 53
En la Ingeniería Naturalística, se utilizan plantas vivas, partes de plantas o asociaciones
vegetales, a menudo en combinación con material orgánicos y materiales no orgánicos
naturales y sintéticos, sin embargo, si las plantas faltan no se cumple su definición, en cuanto
solo las plantas pueden reemplazar, a lo largo del tiempo, a la madera, cumpliendo con la
función de anclaje y evitando la erosión del suelo.
4.6.5 Ventajas y desventajas de la Ingeniería Naturalística.
Ventajas.
Acción anti-erosiva.
Acción estabilizadora “dinámica”.
Costos relativamente bajos.
Permiten la creación de hábitat para la fauna.
Favorecen la depuración del agua.
Aumentan la biodiversidad.
Conservan y mejoran el paisaje.
Desventajas.
Necesitan un mantenimiento regular.
Hay factores limitantes.
Los resultados a veces no son inmediatos.
pág. 54
4.6.6 Estudio de la intervención a realizar.
Identificación de los objetivos, como, por ejemplo:
Poner en condiciones de seguridad taludes, riveras, carreteras, ferrocarriles, edificios,
etc.
Objeticos didácticos.
Dos reglas básicas.
Hay que realizar las intervenciones solo si son de verdad necesarias.
Reducir el problema aprovechando lo más posible de las capacidades de recuperación
del mismo sistema natural.
Para un buen diseño de Ingeniería Naturalística es necesario: un análisis detallado del sitio de
intervención:
El diseñador de obras de contención de taludes y de control de erosión, estudia el sitio
de intervención en equipo con otros técnicos, con conocimientos complementarios a los
suyos.
El diseñador de obras estudia con sondeos y pruebas de laboratorio la estratigrafía y las
características geo-mecanicas del sitio de intervención, para verificar la estabilidad de
las estructuras. El diseñador de obras debe conocer bien los limites dimensionales de
una estructura de Ingeniería Naturalística.
pág. 55
4.6.7 Ámbitos de análisis para un diseño de una obra de Ingeniería Naturalística.
Litología.
Geomorfología.
Topografía.
Pedología.
Topo-clima, microclima.
Vegetación.
Geotécnica- verificaciones de estabilidad.
Hidráulica.
Hidrología.
Biotécnica de las especies vegetales.
Interferencias con la fauna local.
Tecnología de materiales.
Tabla 7. Tipo de intervención según pendiente.
PENDIENTE TIPO DE INTERVENCIÓN.
0° - 20°
Nada
Siembras
Hidrosiembras
Plantación de estacas y/o arbustos
20° - 37 / 40° M Mantas orgánicas con siembra (o hidrosiembra) y eventualmente
plantación de estacas y/o arbustos
27° - 40° / 45° Fajas vivas, lechos de ramaje vivos, peldaños de leña, empalizadas
45° - 50° / 55° Emparrillados vivos
Entramado de madera
50° / 55° - 60°
Tierras reforzadas.
Fuente: (Consorcio PNUD-CRIC-PLAN INTERNACIONAL ECUADOR, 2012)
pág. 56
4. AREA DE ESTUDIO
La microcuenca de la quebrada Cay se ubica en la parte centro-occidental del departamento del
Tolima, sobre el flanco oriental de la cordillera central de Colombia. La conforma en parte de la
Cuenca Media del Rio Combeima, dicha microcuenca cuenta con 9 veredas, así: La cascada, La
Victoria, La Coqueta, El Gallo, El Cural, Santa Teresa, Pie de Cuestas Las Amarillas, Cay Parte
Baja y Cay parte Alta. (HERNÁNDEZ ATENCIA, 2013).
Se encuentra en un terreno predominante quebrado; su principal cauce es la quebrada Cay, que
presenta un caudal medio anual de 744.72 L/s. (CORTOLIMA, 2017) Del cual aporta alrededor de
300 L/s para el acueducto. El consumo total del acueducto de la ciudad de Ibagué según la Empresa
Ibaguereña de Acueducto y Alcantarillado IBAL es de 1700 L/s. (HERNÁNDEZ ATENCIA,
2013).
La hoya de la quebrada Cay reside en el Municipio de Ibagué que está ubicado en la zona
central del Departamento del Tolima, su cabecera está localizada sobre una altitud de 1285 msnm.
Ubicada sobre la cordillera Central de los Andes entre el Cañón del Combeima y el Valle del
Magdalena. Este municipio se caracteriza por estar dividido en forma fisiográfica por laderas de
montaña y por otro lado con planicies. Actualmente el suministro de agua potable para la mayor
parte de la población de Ibagué se debe a la captación de agua en la Cuenca Combeima, siendo la
microcuenca de la quebrada Cay uno de los afluentes complementarios para la subsidencia.
pág. 57
Ilustración 2. Área de estudio microcuenca de la quebrada Cay.
Fuente: El autor.
Revísese con mejor detalle el Anexo L. Área de estudio microcuenca hidrográfica Cay.
pág. 58
5. METODOLOGIA
La metodología para la presente investigación se desarrolló en tres fases:
5.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca.
Se realiza la identificación de los parámetros morfometricos según (Rojo, 2013) por medio
del Sotfware ArcGis, y de la información recolectada en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi
de imágenes satelitales de la zona de estudio, con la ayuda del DEM de la NASA, que brinda
modelos de elevación digital.
5.2 Fase 2. Identificación de las zonas de remoción en masa.
A partir de las características morfometricas, y de la información en formato shape (Shp)
del geoportal del DANE (Departamento administrativo nacional de estadísticas) (shape tipo de
suelo en el área de estudio) y del SIGOT (Sistema de información geográfica para el ordenamiento
territorial nacional) (shape cobertura en el área de estudio). Se identificarán áreas de alta amenaza
a remoción de masa por medio de métodos estadísticos (Método de agrupación de datos) a partir
de los parámetros hidrológicos Hu, Ks y Kss.
pág. 59
5.3 Fase 3. Diseños y aplicación de bioingeniería.
Una vez identificadas las zonas en riesgo, se realiza una visita a campo identificando un
punto para una posible aplicación de mejoramiento con diseños de Bioingeniería, dichos diseños
se realizan mediante el software Slide Rocscience, chequeando los factores de seguridad según la
NSR-10, y dando un costo aplicado para la elaboración del proyecto.
pág. 60
DISEÑO DE BIOINGENIERÍA PARA LA MITIGACIÓN DE RIESGO DE REMOCIÓN EN MASA EN LA MICROCUENCA
DE LA QUEBRADA CAY.
FASE 1 Caracterización de la microcuenca.
Recolección información
satelital. (IGAC,SIGO
T,NASA)
Procesamiento de
información en software
ArcGIS 10.3
Cálculo de características morfometricasde la cuenca.
-Área cuenca.
-Perimetro Cuenca.
-Longitudes.
-Cotas.
-Densidad de drenaje.
-Constante estabilidad.
-Indice torrencialidad.
-Sinuosidad.
-Índices de forma.
-Textura drenaje.
-Pendiente
-Razon bifurcacion.
-No. de ordenes
FASE 2 Identificación de las zonas de remoción en masa.
Clasificación tipo de
suelo y tipo de cobertura
Cruce mapa cobertura
vegetal vs tipo de suelo
Calculo parámetros
de infiltración
Hu, Ks, Kss.
Clasificación cualitativa de
los coeficientes por método estadístico
Mapa clasificación
cualitativa con identificación de zonas de
mayor riesgo.
FASE 3 Diseño y aplicación de bioingeniería.
Comprobación zonas de riesgo con visita
de campo.
Si
Levantamiento y medición punto de análisis para aplicación
Bioingeniería.
Estudio condiciones iniciales del punto análisis
sin Bioingeniería.
Aplicación y chequeo metodología
Bioingeniería que se adapte a la condiciones
de terreno.
Calculo presupuesto para metodología de
Bioingeniería aplicada.
No
Replanteo metodología de análisis.
pág. 61
6. RESULTADOS
6.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca.
En la tabla No.8 se observa los valores morfometricos obtenidos y en la ilustración 3 el
número de órdenes de la microcuenca Cay. Para detallar el cálculo de los mismos, revísese
el Anexo I. Cálculos morfometria microcuenca Cay.
Ilustración 3. No. de Ordenes de la Cuenca Cay.
Fuente: El autor
pág. 62
Tabla 8. Resultados característicos morfométricas cuenca Cay.
CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS CUENCA CAY
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Área cuenca 20.15484853 Km2 Índice de Torrencialidad"Ct" 8.285847437 1/Km2
Perímetro cuenca 21.31443837 Km Sinuosidad “Sin" 1.015264646 -
Longitud axial 8.010441074 Km
Índice compacidad de Gravelius"Kc"
1.329358619 -
Longitud valle 7.890002976 Km Clas. Índice Gravelius"Kc" Kc2 -
Ancho Max cuenca 3.856149157 Km Factor de forma"F" 0.31409909 -
Longitud Max cuenca 8.688065021 Km Índice alargamiento “Ia" 2.253041744 -
Longitud cauce principal 8.5653 Km
Índice asimetrico"Ias" 1.459956178 -
Cota Mayor 2828 m.s.n.m Textura de drenaje FINA -
Cota Menor 1301 m.s.n.m Pendiente media Método
Alvord"Sm" 9.284201104 -
Densidad de drenaje"Dd"
5.035141671 Km/Km2 Pendiente media Método
Ele.extremas"S" 17.82774684 %
Constante de Estabilidad del Río"C"
0.198604144 Km2/Km Coeficiente Orográfico"Co" 0.21937935 -
No. de Orden Coeficiente de masividad"Km"
104.3297347 -
No. CANTIDAD
CAUCES Valor Unidad
Clasificación coeficiente de masividad
MUY MONTAÑOSO
-
1 167 68.51 Km No.Orden Razón de
bifurcación"Rb" Relación de
longitud"RL" Unidad
2 89 21.37 Km 1 1.876404494 0.59 -
3 32 5.73 Km 2 2.78125 0.75 -
4 11 1.73 Km 3 2.909090909 0.88 -
5 30 4.15 Km 4 0.366666667 0.88 - Fuente: El autor
Se obtuvo un perfil longitudinal de la cuenca (revísese Anexo D. Plano
levantamiento microcuenca hidrográfica Cay con perfil longitudinal del cauce
principal) y la curva hipsométrica (revísese Anexo I. Cálculos morfometria microcuenca
Cay) que indica el porcentaje de área que hay de la cuenca en una cota determinada.
pág. 63
6.2 Fase 2. Zonas de remoción en masa.
Con la cuenca totalmente delimitada, se ingresa una base de datos extraída de la
infraestructura colombiana de datos especiales (ICDE) al software, sobre el tipo de suelo y
tipo de cobertura que se presentan en las limitaciones de la Cuenca Cay. De esta base de
datos se evidenciaron 4 tipos de suelo en las zonas con sus respectivas coberturas,
mencionadas en la siguiente tabla No.9 (Revísese el Anexo G. Clasificación de zonas de
riesgo y método estadístico y el Anexo J. Cálculos cruce suelos vs cobertura Hu, Ks,
Kss)
Tabla 9. Tipos de suelos y coberturas en la microcuenca Cay.
SUELO CARACTERISTICAS COBERTURA CARACTERISTICAS
MKBf1
RELIEVE
MODERADAMENTE
ESCARPADO,
LADERAS
CUBIERTAS DE
CENIZA
VOLCANICA,
EROSIÓN LIGERA.
BOSQUE Bosque con mucha humedad y montañoso
AFLORAMIENTO
Superficie del terreno constituida por capas de rocas
expuestas, sin desarrollo de vegetación, generalmente
dispuestas en laderas abruptas, formando escarpes y
acantilados.
PASTOS
Es de raíces profundas, se produce bien desde el nivel del
mar hasta los 2200 metros de altura, su mayor adaptación
entre los 600 y 1800 msnm. La temperatura puede variar
entre los 23° y 30° C.
MQCf1
RELIEVE
MODERADAMENTE
ESCARPADO,
LARGOS, LADERAS
CUBIERTAS DE
CENIZA
VOLCANICA,
EROSIÓN LIGERA.
BOSQUE Bosque con mucha humedad y montañoso
AFLORAMIENTO
Superficie del terreno constituida por capas de rocas
expuestas, sin desarrollo de vegetación, generalmente
dispuestas en laderas abruptas, formando escarpes y
acantilados.
PASTOS
Es de raíces profundas, se produce bien desde el nivel del
mar hasta los 2200 metros de altura, su mayor adaptación
entre los 600 y 1800 msnm. La temperatura puede variar
entre los 23° y 30° C.
pág. 64
CULTIVO -
MQDf1
RELIEVE
FUERTEMENTE
QUEBRADO Y
MODERADA A
FUERTEMENTE
ESCARPADO, DE
PENDIENTES
LARGAS, EROSION
LIGERA A
MODERADA
PASTOS
Es de raíces profundas, se produce bien desde el nivel del
mar hasta los 2200 metros de altura, su mayor adaptación
entre los 600 y 1800 msnm. La temperatura puede variar
entre los 23° y 30° C.
BOSQUE Bosque con mucha humedad y montañoso
CULTIVO -
RASTROJO -
AFLORAMIENTO
Superficie del terreno constituida por capas de rocas
expuestas, sin desarrollo de vegetación, generalmente
dispuestas en laderas abruptas, formando escarpes y
acantilados.
MQObp
SUPERFICIES
LIGERAMENTE
INCLINADAS Y
LARGAS,
ANGOSTAS,
SUJETAS A
INUNDACIONES
OCASIONALES
PASTOS
Es de raíces profundas, se produce bien desde el nivel del
mar hasta los 2200 metros de altura, su mayor adaptación
entre los 600 y 1800 msnm. La temperatura puede variar
entre los 23° y 30° C.
CULTIVO -
ZONA URBANA -
Fuente: IGAC.
Se ingresaron estos datos al software para delimitar toda la cuenca con su respetivo
suelo y cobertura para conocer las condiciones iniciales de la zona, y saber si la cobertura es
la idónea o no para el tipo de suelo en la que se encuentra.
pág. 65
Ilustración 4. Cruce tipo de suelo y tipo de cobertura en la microuenca Cay.
Fuente: El autor
Con la identificación de suelos y coberturas en la zona de estudio, se calculan tres
parámetros que permiten analizar el comportamiento del suelo frente a condiciones externas
como el agua lluvia, esto se hace para identificar bajo un análisis estadístico, las zonas que
son más propensas a sufrir remoción en masa, esto bajo la premisa expuesta por el ingeniero
Horacio Rivera del centro Internacional del Café (CENICAFE) que cita: “Por lo general el
98% de los movimientos en masa están relacionados con la saturación de los suelos por el
agua y la deforestación de las laderas”. (Rivera, Biblioteca Cenicafe, 2011).
Los coeficientes a analizar son el almacenamiento Estático (Hu), Capacidad de
infiltración (Ks), conductividad hidráulica interflujo (Kss). Siendo de estos el
almacenamiento estático el más relevante, ya que como se mencionó anteriormente, la
pág. 66
retención de agua en los suelos es una de las principales causas de la remoción en masa y
deterioro en los suelos.
Mediante un procedimiento estadístico de agrupación de datos por el método de
Sturges, se conoce los intervalos de los datos obtenidos de los coeficientes anteriormente
mencionados, esto para dar una característica cualitativa del resultado y conocer si es bajo,
medio bajo, medio, medio alto y alto. A continuación, se presentan los resultados obtenidos
y todo el procesamiento realizado para llegar a dichos valores se encuentran en el Anexo G.
Clasificación de zonas de riesgo y método estadístico.
6.2.1 Método de Sturges
Tabla 10. Cálculo de intervalos por método de Sturges
Hu Ks Kss
RANGO 361,22 mm 90,36 mm/H 102,26 mm/H
K intervalos 5 5 5
Amplitud 73 mm 19 mm/H 21 mm/H
Fuente: El autor
pág. 67
6.2.2 Consolidado rango de clasificación según coeficientes.
Una vez procesado el método estadístico por agrupación de datos, se realizó la
siguiente tabla No.11 Consolidado rangos clasificación cualitativas de riesgos, en donde se
expresa el rango de cada intervalo de clasificación cualitativa según el riesgo y su escala de
color correspondiente (para ver el proceso de cálculo, revísese el Anexo G. Clasificación de
zonas de riesgo y método estadístico y el Anexo J. Calculo cruce suelos vs cobertura Hu,
Ks, Kss).
Tabla 11. Consolidado rangos clasificación cualitativa de riesgo.
RANGOS DE CLASIFICACION SEGÚN COEFICIENTES
CLASIFICACION CUALITATIVA
CLASIFICACION Hu(mm) Ks(mm/H) Kss(mm/H)
INTERVALO INTERVALO INTERVALO
BAJO 0 73 0 19 0 21
MEDIO BAJO 74 147 20 39 22 43
MEDIO 148 221 40 59 44 65
MEDIO ALTO 222 295 60 79 66 87
ALTO 296 369 80 99 88 109 Fuente: El autor.
Una vez identificadas las zonas de posible riesgo según la clasificación realizada a
partir de los coeficientes de infiltración, almacenamiento estático y el cruce de suelos versus
cobertura vegetal, se demarcaron las zonas con una escala de color en donde se apreció la
organización según el tipo de riesgo. En los anexos A, B y C se identifica los planos a escala,
con las especificaciones de la zonificación de riesgo para los coeficientes Hu
(almacenamiento estático), Ks (capacidad de infiltración) y Kss (conductividad hidráulica)
respectivamente.
pág. 68
Ilustración 5. Identificación de las zonas de riesgo para cada coeficiente del suelo.
Zonas de riesgo Hu. Zonas de riesgo Ks. Zonas de riesgo Kss.
Fuente: El autor
6.3 Fase 3. Diseño bioingeniería en punto análisis zona de alto riesgo.
Seguido a la clasificación de riesgo, lo siguiente fue una visita de campo de las zonas
en las que aparentemente existe una alta probabilidad de sufrir fenómenos de remoción o
erosión en masa. El registro fotográfico de la visita de campo se encuentra en el Anexo F.
Registro fotográfico exploración de campo y todos los parámetros de entrada para elaborar
el diseño y análisis de mejoramiento con bioingeniería se encuentra en el Anexo H.
Memorias de cálculo Slide Rocscience - Parámetros de diseño.
pág. 69
6.3.1 Medidas encontradas en el talud del meandro.
En la visita realizada se dispuso a medir el talud encontrado para el análisis y las
dimensiones encontradas fueron:
Ancho carretera 3.70 m.
Talud alto 3.15 m.
Largo talud 20 m.
Ancho rio 4.10 m.
Desprendimiento carretera 0.20 m.
Ilustración 6. Talud de análisis para aplicación de bioingeniería.
Fuente: El autor
pág. 70
6.3.2 Análisis estático y pseudo-estático.
Para garantizar la estabilidad para este talud en condiciones dinámicas se debe
emplear la aceleración máxima (amax) del terreno; Según la NSR-10 en caso de que el sitio
de objeto de análisis haga parta de un estudio de microzonificación sísmica aprobado se
utilizara la aceleración máxima del terreno y el coeficiente sísmico de diseño para análisis
pseudo-estático de taludes KST; KST tiene el valor igual o menor a amax y los valores para
(amax/KST) dependen del tipo de material del terreno.
En cuanto al análisis estático solo se tendrá en cuanto las cargas muertas y vivas que
estén involucradas en el talud de análisis y su respectivo peso propio sin ningún tipo de
aceleración que involucre cargas horizontales.
Tabla 12. Valores mínimos para análisis estático y pseudo - estático de taludes.
Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)
El coeficiente de carga sísmica horizontal se determinó de acuerdo a las
especificaciones de la norma de construcción sismo resistente colombiana (NSR-10).
pág. 71
𝑲𝒉 = 𝑲𝒔𝒕 = 𝑲𝒔𝒕
𝒂 𝒎𝒂𝒙∗ 𝒂𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝑭𝒂
( 52)
Ecuación 52. Coeficiente de carga sísmica horizontal. Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)
𝑲𝒉 = (𝟎. 𝟓) ∗ 𝟎. 𝟐 ∗ 𝟏. 𝟒
𝑲𝒉 = 𝟎. 𝟏𝟒
Coeficiente de carga sísmica horizontal: 0.14 = Kh
Para el coeficiente de carga sísmica vertical:
𝑲𝒗 = (𝟐
𝟑) ∗ 𝑲𝒉
(53)
Ecuación 53. Coeficiente de carga sísmica vertical. Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)
𝑲𝒗 = (𝟐
𝟑) ∗ 𝟎. 𝟏𝟒
𝑲𝒗 = 𝟎. 𝟎𝟗𝟑𝟑
Pero el coeficiente de aceleración sísmica vertical solo es usado cuando
nuestro talud en cuestión está situado justo arriba del epicentro del sismo.
6.3.3 Análisis de estabilidad.
El análisis de estabilidad del perfil longitudinal del talud en cuestión fue analizado en
el programa Slide Rocscience, software que permitió modelar las estratificaciones del
subsuelo y nivel freático con sus respectivas características propias, además de asignar cargas
distribuidas aportadas en la corona del talud y el análisis estático y pseudo-estático (análisis
sísmico).
pág. 72
Ilustración 7. Perfil del talud modelado en Slide.
Fuente: Slide Rocscience.
Ilustración 8. Coeficiente de cargas sísmicas usado para el análisis
Fuente: Slide Rocscience.
Slide, el software de análisis de estabilidad de taludes nos permite ver el factor de
seguridad (FS) resuelto por diferentes métodos que existen, para este caso en particular se
escogió resolver por Bishop simplificado, Fellenius ordinario y Janbu simplificado y
corregido, cabe resaltar que el análisis aplicado a este talud fue estático y pseudo-estático por
lo cual los factores de seguridad obtenidos del análisis sísmico son mayores a los de un
análisis estático.
pág. 73
Ilustración 9. Factor de seguridad obtenido del talud con falla circular.
Fuente: Slide Rocscience.
pág. 74
Ilustración 10. Factor de seguridad obtenido del talud con no falla circular.
Fuente: Slide Rocscience.
Los Factores de seguridad obtenidos:
Tabla 13. Valores FS (Estático y Pseudo-estático) por diferentes métodos.
Método de análisis FALLA CIRCULAR FALLA NO CIRCULAR
FS (ESTATICO)
FS (PSEUDO-ESTATICO)
FS (ESTATICO)
FS (PSEUDO-ESTATICO)
Bishop Simplificado
0.989 0.862 0.944 1.44
Fellenius Ordinario 1.002 0.862 0.557 0.949
Janbu Simplificado 1.01 0.856 0.966 1.353
Fuente: El autor
pág. 75
En la estabilidad de taludes se analizan el conjunto de fuerzas que actúa sobre una
porción de tierra, tanto las fuerzas disponibles para resistir el movimiento como las fuerzas
que desequilibran el talud. El factor de seguridad es el cociente entre ambas y tiene que ser
mayor que 1 para considerar el talud estable.
𝑭𝑺 =𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆𝒔
𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒅𝒆𝒔𝒆𝒔𝒕𝒂𝒃𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔
( 54)
Ecuación 54. Factor de seguridad general. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA
, 2013)
Pero en Colombia cada construcción sea de estabilidad, vivienda o uso ocupacional,
es regida por el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10), que
es riguroso y nos propone lo siguiente:
Tabla 14. Factores de seguridad mínimos para análisis de taludes.
Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010). Tabla H.2.4-1
Una vez analizado el talud intervenido fue evidente lo propenso que esta esté a fallar
o sufrir algún fenómeno de remoción en masa, lo cual tendría severas consecuencias a la
comunidad habitante de la cuenca de la quebrada Cay por imposibilitar el paso de vehículos,
pág. 76
ya que, de llegar a sufrir algún tipo de eventualidad, la vía que pasa por la corona del talud
quedaría deshabilitada completamente.
Por lo anteriormente citado para evitar deslizamientos de tierra se propone unas
medidas de precaución las cuales garantice o más bien mejoren las condiciones de talud e
incrementen el factor de seguridad y vida útil de este.
6.3.4 Solución con Bioingeniería
Para el cálculo de la técnica aplicada en cuestión y siguiendo las directrices de la
Ingeniería Naturalística, se procedió a efectuar un gavión verde como muro de contención,
el cual se le fue calculado sus correspondientes parámetros seguridad para el chequeo de
estabilidad, estos ítems calculados fueron programados en una hoja de cálculo la cual
permitiera agilizar el procedimiento para encontrar el factor de seguridad (FS)
correspondiente a cada una de las metodologías (Revísese el Anexo E. Calculo y
presupuesto metodología aplicada Bioingeniería).
Por lo tanto, la sección transversal de dicha estructura se mostrará a continuación:
pág. 77
Ilustración 11. Perfil talud con mejoramiento y sus dimensiones modelado en Slide Rocscience.
Fuente: Slide Rocscience.
.
En el procesamiento de la información en el software Slide Rocscience, identificando
los factores de seguridad del talud, en el Anexo H. Memorias de cálculo Slide Rocscience
– Parámetros de diseño, se encuentran las magnitudes de dichos factores de seguridad por
las diferentes metodologías.
pág. 78
Ilustración 12. FS para diferentes metodologías.
Fuente: El autor
Como se puede observar, en los resultados se chequeo el volcamiento, deslizamiento
y capacidad de carga, la estructura a diseñar cumple el factor seguridad (FS>2) para
volcamiento, para deslizamiento (FS>1.5) y para capacidad de carga (FS>3). Los cálculos
realizados de dichos factores de seguridad y los valores utilizados para la capacidad de cargas
de los suelos se encuentran en el Anexo E. Calculo y presupuesto metodología aplicada
Bioingeniería.
6.3.5 Consolidado mejoramiento.
A continuación, la tabla No.15, se muestra el consolidado de los factores de seguridad en
donde fue analizado el punto intervenido previamente sin aplicar ningún tipo de
Sección área (m2)Peso unitario
(kN/m)Brazo (m) Momento (KN.m/m)
1 2 44.8 1 44.8
3 1 22.4 1 22.4
3 1 22.4 1.5 33.6
4 0.5 7.8 1.75 13.65
97.40 Mr 114.45
Mi(KN.m/m) 19.02
Cohesión(KN/m2) 5
φFricción 35
6.02
1.96
6.83
FS Volcamiento
FS Deslizamiento
FS Capacidad de carga
Fv
pág. 79
mejoramiento, seguido de la intervención suministrada con bioingeniería propósito principal
de esta investigación; en donde se logra verificar cuantativamente el mejoramiento que fue
aplicado; cabe aclarar que dentro de estos valores mencionados en la tabla No.14, algunas
metodologías de análisis no fueron aplicadas ya que al evaluar inicialmente la condiciones
primarias del punto intervenido con los métodos que proporciona Slide Rocscience, esto era
suficiente para dictaminar que el talud es propenso a la falla.
Tabla 15. Modelos matemáticos de análisis de estabilidad de taludes.
MODELOS MATEMATICOS DE ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO ANILISIS CUMPLE SI FS>
SIN INTERVENIR CON BIOINGENIERIA
FALLA CIRCULAR FALLA NO CIRCULAR FALLA CIRCULAR FALLA NO CIRCULAR
FS (ESTATICO)
FS (PSEUDO-ESTATICO)
FS (ESTATICO)
FS (PSEUDO-ESTATICO)
FS (ESTATICO)
FS (PSEUDO-ESTATICO)
FS (ESTATICO)
FS (PSEUDO-ESTATICO)
Bishop Simplificado 1.05 0.989 0.862 0.944 1.440 2.251 1.68 1.525 1.634
Fellenius Ordinario 1.05 1.002 0.862 0.557 0.949 1.910 1.403 1.084 1.012
Janbu Simplificado 1.05 1.01 0.856 0.966 1.353 2.006 1.458 1.478 1.54
Volcamiento 2 - - - - 6.02 6.02 6.02 6.02
Deslizamiento 1.5 - - - - 1.96 1.96 1.96 1.96
Capacidad de carga 3 - - - - 6.84 6.84 6.84 6.84
Fuente: El autor
6.3.6 Estabilización talud con re-vegetalización.
Para la re-vegetalización del talud se propone tratarlo con la siguiente opción, opción a
la cual se le verifico sus características y lo que puede llegar a aportarle a la estabilización de
un talud:
Pastos vetiver: “El pasto vetiver es una gramínea que genera mucho interés a nivel
mundial como una tecnología tradicional para la conservación de los suelos y agua,
ya que alcanza hasta una altura de 2 metros, con un sistema radical fuerte que crece
pág. 80
verticalmente (en su mayoría) a profundidades hasta 5 metros, generando amarres en
el suelo por el enredamiento de sus basta raíces” (Vertivercol S.A.S, 2018)
“El Vetiver prefiere los suelos magros arenosos profundos, sin embargo, crece bien
en un rango amplio de suelos, creciendo en pedregales, suelos ácidos (pH 3) o
alcalinos (pH 11), aguanta niveles tóxicos de metales como aluminio, manganeso
(550 ppm) y condiciones sódicas, incluso aguantando inundaciones por largos
períodos, de 3 meses o más después de que está bien establecido, también crece bien
en suelos pocos profundos” (Vertivercol S.A.S, 2018)
Ilustración 13. Pastos Vetiver.
Fuente: (Vertivercol S.A.S, 2018)
pág. 81
6.3.7 Método de instalación del Vetiver.
La siembra de este debe ser sobre una estación lluviosa cuando el suelo está bien húmedo,
se siembran de dos a tres tallos teniendo que estar separados a cada 10 - 15 cm. La
propagación de este pasto es muy eficaz y crece sobre casi cualquier tipo de terreno que no
necesariamente deba tener un alto contenido de materia orgánica para su reproducción, por
eso mismo en su instalación se dejan grandes parches de terreno sin sembrar, que futuramente
serán tapados por la reproducción de esta planta. (Vertivercol S.A.S, 2018)
El vetiver se presenta en esqueje, o también plantas en bolsa a partir de esquejes
enraizados y revegetalizados; comercialmente el Vetiver se vende en bolsas y su valor
comercial puede rondar entre los $700.00 m/cte; se empaca en bolsas de fibra que contiene
70 unidades y un peso aproximado de 30 Kg. (Vetiveria, 2018)
Ilustración 14. Vetiver comercial.
Fuente: (Vetiveria, 2018)
pág. 82
Para la instalación del vetiver, este debe ser enterrado a chuzo cada 10 cm en los poros
del gavión rocoso, acompañado de material orgánico que permita la adhesión de las vastas
raíces de esta gramínea y facilite su reproducción para la conformación del gavión verde que
sirva como muro de contención y aplicación de bioingeniería.
Ilustración 15. Gavión verde.
Fuente: El autor.
pág. 83
7. PRESUPUESTO
En el desarrollo del presupuesto para la implementación de bioingeniería en un punto de
la cuenca cay, se estipulan unas actividades a realizar con su respetivo análisis de precios
unitarios (APU) donde se tiene en cuenta el valor unitario de cada actividad incluyendo la
mano de obra del personal idóneo a cada función, Adicionando los costos indirectos de obra
(AIU) Administración, imprevistos y utilidades. Con la visita a campo ya se tiene cantidades
de materiales a usar y unidades estipuladas para cuantificar el costo de cada actividad. Para
observar a detalle la elaboración del siguiente presupuesto se encuentra en el Anexo. E
Calculo y presupuesto metodología aplicada Bioingeniería.
pág. 84
Tabla 16. Calculo del presupuesto para la aplicación de bioingeniería.
LISTADO DE ACTIVIDADES Y PRESUPUESTO
Descripción Unidad Cantidad Valor unitario Valor Parcial Total Actividad
LOCALIZACIÓN Y REPLANTEO
Localización y replanteo muro m2 63 $
3,247.23 $
204,575.28 $
204,575.28
EXCAVACIÓN
Excavación muro m3 80 $
48,781.35 $
3,902,508.33 $
3,902,508.33
CONSTRUCCIÓN DE GAVIONES
Muro de gavión verde
Material de relleno (incluye mano de obra, transporte y equipo)
m3 80 $
60,576.06 $
4,846,084.49 $
8,584,084.49 Caja Malla de alambre de acero entrelazado Código A (2x1x1)
und 60 $
62,300.00 $
3,738,000.00
INSTALACION PASTOS VETIVER
Muro de gavión verde
Instalación a chuzo pastos Vetiver ml 20 $
111,693.78 $
2,233,875.69 $
2,233,875.69
COSTOS DIRECTOS $
14,925,044
ADMINISTRACIÓN 10% $
1,492,504.38
IMPREVISTOS 5% $
746,252.19
UTILIDADES 5% $
746,252.19
PRESUPUESTO DISEÑO MURO GAVIÓN VERDE $
17,910,053
Fuente: El autor
pág. 85
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
A partir de la identificación de las características morfometricas de la cuenca de la
quebrada Cay, pudo reconocerse que por la extensión de su superficie esta se
encuentra dentro del rango de las denominadas microcuencas, ya que su área de
tamaño está por debajo de las 1000 hectáreas (Ha); además de presentar una gran
capacidad de drenaje lo cual expone grandes volúmenes de escurrimientos, lo que en
proporción aumenta en teoría los niveles de erodabilidad y que se agrava ya que esta
microcuenca presenta rocas débiles en su conformación, escasa vegetación y una baja
capacidad de infiltración. Asimismo, la microcuenca de la quebrada Cay presenta
problemas de estabilidad por el poder del agente erosivo de la gota de lluvia y no por
el agua, ya que esta gota es la que impacta las laderas de la montañosa cuenca y genera
erodación; este problema aumenta cuando las remociones en masa llegan a los cauces
de la red hídrica cuyos drenajes presentan una sinuosidad baja, lo cual es sinónimo
de alta velocidades en los caudales y empeora los procesos de transporte de material
e incrementa la sedimentación y turbiedad del agua de los canales naturales,
fenómeno que afecta y dificulta la captación de agua para la ciudad de Ibagué,
municipio que se surte en parte de este afluente.
De los shapes suministrados por el IGAC de cobertura vegetal y los tipos de suelos,
cabe resaltar que estos, no están actualizados al presente año y para el caso en
particular de la cobertura vegetal esta es muy cambiante por la aplicación de cultivos,
ganadería y habitación de la población residente en la microcuenca de la quebrada
pág. 86
Cay; así que esta investigación puede mostrar resultados que no están reflejados a la
realidad actual, pero que en su conformación como metodología de indagación puede
servir como punto de referencia o arranque para un estudio exhaustivo, si se pretende
profundizar y agrandar este sistema de análisis que bien podría servir para identificar
presuntas zonas de riesgo y dar posibilidad de intervenir áreas de susceptibilidad antes
de su colapso, ya sea con bioingeniería o cualquier otra medida de mitigación
estabilizante.
En referencia a la identificación de las zonas de riesgo propuesta para cada uno de los
coeficientes analizados, pudo observarse que en la visita de campo realizada se
encontró un punto de análisis con evidente afectación de remoción en masa,
específicamente por la erosión generada por el cauce principal en el meandro
existente en el sector de análisis y que corresponde y se encuentra dentro de una de
las presuntas zonas de alto riesgo propuestas en la metodología ejecutada; lo cual
indica que este estudio puede ser verídico y confiable para seguirse desarrollando
pero que carece de pruebas sustentables que respalden la metodología, ya que en la
visita de campo realizada solo pudo identificarse un lugar de afectación y no se
encontraron más pruebas tangibles de afectación por la gran extensión de la
microcuenca, que aunque pequeña en su clasificación, para el reconocimiento general
de la misma hace falta más que una simple visita por carreta sino también un
reconocimiento con fotogrametría, recorrido extenso por toda la superficie de la
cuenca y levantamiento topográfico, lo cual implica en un equipo de trabajo más
grande y con el suficiente musculo financiero para el desarrollo de la investigación.
pág. 87
Una alternativa que se propone a futuro o recomendación en este proyecto de
investigación, es a partir de un catastro de desastres ocurridos en la cuenca del rio
Combeima, el cual es llevado a cabo por la Dirección del Grupo de Prevención y
Atención de Desastres (GPAD), en donde se identificaría geográficamente en que
sitios han ocurrido eventos pasados de fenómenos de remoción en masa o
eventualidades que hayan afectado la microcuenca de la quebrada Cay e ubicar su
punto de suceso y verificar si este historial de desastres corresponde y se sitúa dentro
de las denominadas zonas de riesgo que se identificaron en este proyecto, con el fin
de corroborar si estos acontecimientos pasados de remoción en masa son acordes a la
zonificación planteada.
Una vez verificada la metodología de investigación en cuanto a la clasificación de
zonas de riesgo, se hace relevante la aplicación de esta en diferentes cuencas
hidrográficas todo con el fin de corroborar y tener pruebas amplias que confirmen si
esta indagación muestra fundamentos confiables en otras zonas de estudio, lo cual
nos podría permitir identificar áreas inseguras basado en el historial de efectividad y
que en vez de ser una metodología de investigación puede ser una metodología de
ejecución para demarcar zonas con sus características y establecer o recomendar los
tipos de usos que puedan darse según la necesidad ya sea para cultivos agrícolas,
ganadería, uso residencial o social.
pág. 88
La capacidad de almacenamiento estático hidráulico “Hu”, la conductividad
hidráulica saturada del suelo “Ks” y la velocidad de interflujo del suelo “Kss”, fueron
ítems de gran relevancia para el desarrollo de la presente investigación y permitieron
realizar la clasificación que se obtuvo, pero que partió de los datos obtenidos mas no
de una clasificación general que permitiera observar si cierto valor calculado, cabía
dentro de alguna ordenación parametrizada por alguna entidad o estándar de
reconocimiento en el tema; por esta razón en particular fue realizado el método
estadístico por agrupación de datos, en donde se asoció un patrón de concentración
de resultados y se generó la escala cualitativa por colores primarios de mayor a menor
riesgo, no obstante esto hablaría que en el momento de aplicación de esta metodología
a otra cuenca distinta podría obtenerse unos rangos menores o mayores a la escala
obtenida de inseguridad.
La implementación del software ArcGis 10.3 fue acertada, para la realización del
estudio morfometrico de la Cuenca, y la obtención de los resultados es más acertada
y ayuda a optimizar más tiempo, si se hace por un método manual.
La pendiente torna a ser un factor importante en la identificación de zonas de riesgo
a remoción en masa, ya que en la parte alta de la cuenca donde se presentan las
pendientes más altas, se evidencian mayor riesgo de afectación en la zona, ya que los
suelos tienden a ser más inestables.
pág. 89
Se comprobó que el almacenamiento estático es un factor importante a la hora de
identificar suelos inestables, ya que la saturación de los suelos los lleva a ser más
propensos a sufrir remoción en masa.
El cruce de tipos de suelos y tipos de coberturas en las zonas, ayudó a identificar
posibles áreas de riesgo, ya que un suelo con mal uso por su cobertura podría tender
a ser más inestable.
El método estadístico utilizado en el estudio, permitió clasificar las zonas de la
Cuenca Cay de una forma cualitativa, mediante intervalos que son clasificados según
los valores de los coeficientes del suelo trabajado.
pág. 90
9. REFERENCIAS.
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