1

INTRODUCCIÓN

Por lo general en cualquier terreno que no sea horizontal, existe una serie

de fuerzas que tienden a nivelarlo como la fuerzas de gravedad, filtración,

presión del agua en las diaclasas, entre otros, se oponen a ello la entereza

del terreno, raíces y otros elementos. Cuando el primer grupo de fuerzas

predomina sobre el segundo, el talud se hace inestable, la mayoría de

pendientes grandes que han sido formadas por la acción de corrientes de

aguas o desmontes de excavaciones sin control que se hacen para construir,

urbanizar entre otros. Mientras que la erosión en general, y sobre todo los

fenómenos de inestabilidad de taludes, tienden a suavizar dichas pendientes,

pero en ocasiones no es así.

Por otro lado, los daños anuales producidos por los deslizamientos en

Venezuela, pueden cifrarse en millones de bolívares, de repente no se

conoce estimación análoga, pero basta con leer los diarios, específicamente

en época de lluvias, para darse cuenta de los trastornos ocasionados por la

misma causa. En este sentido, con el objetivo de proyectar soluciones

destinadas a controlar las adversas consecuencias que provocan las fuertes

e imprevistas movimiento de tierra, es llevado a cabo este proyecto,

orientado al diseño de muros de contención de tierras, esta investigación

consta de tres capítulos, el cual está sistematizado de la siguiente manera:

Capitulo I: en este se desarrolla el planteamiento del problema, que se

enfoca en la de proponer la estabilización de talud, como los objetivo

general, así como objetivo específicos que ayudaran al desarrollo de la

investigación, de una manera sistematizada para organizar la información,

también se describe una justificación, el cual indica la necesidad de este

2

estudio, y no es más que el diseño de un muro de contención que proteja la

quebrada y el margen del talud, así como la tranquilidad de las comunidades

que habitan en el sector.

En el Capitulo II: se engloba el marco teórico que sirve de base para

sustentar el estudio investigativo, iniciando con la reseña histórica de los

elementos de contención, luego los antecedentes en los cuales es apoyada

la investigación, seguido con las bases teóricas que conceptualizan los

elementos a utilizar como teorías de empuje, de Coulomb y Rankine, que

fueron pioneros en este tema, entre otros, así como; de talud, estabilidad,

fallas, cuencas hidrográficas, socavación, obras de contención,

posteriormente las bases legales como las de zonificación de retiros con

respecto a quebrada ó ríos y por último los términos básicos para que él

lector pueda comprender las palabras técnica de la ingeniería civil.

En el capitulo III: se plantea la metodología que comprende la modalidad

de proyecto factible, el cual se apoyará en la de campo y documental, con el

enfoque de tipo de investigación proyectiva ya que a corto o largo plazo

puede ser tomada por un ente y es de tipo descriptiva ya que se

representarán aspectos de la zona a estudiar, así mismo, las variables

dependientes e independientes, que son las que nos ayudará como guía

para el desarrollo de la investigación. Por otro lado las técnicas e

instrumentos, se utilizarán planillas de diagnostico para recolectar la

información obtenida en el campo, entre otros instrumentos, la población y

muestra que por ser finita solo será tomada el elemento en estudio además

las técnicas de análisis para la obtención de datos relevantes que luego

serán usados para las formulas matemáticas.

En el desarrollo del Capitulo IV, se plasma los resultados del proyecto, y

se incluye el análisis estructural y el diseño de obra de contención para

proteger el margen de la quebrada Aguas Calientes, ubicada en la

Urbanización La Pradera, para finalmente desarrollar las fases planificadas,

3

para luego concluir con la propuesta elaborada y cerrar con las

recomendaciones de la investigación

4

CAPÍTULO I

El Problema

Contextualización del Problema

Se dice que los desastres naturales son uno de los problemas inherentes

al desarrollo de las civilizaciones, en los fenómenos hidrometeorológico, ya

que los patrones de desarrollo ignoran la administración sostenible del agua

están exponiendo a las comunidad a mayores riesgo de inundaciones y

sequías. Mientras las sequias se colocan en primer lugar, en cuanto a

muertes humanas se refiere, las inundaciones son el peligro más frecuente y

pocos países logran evitarlas. En el mundo las inundaciones están

aumentando más rápidamente que ningún otro desastre, posiblemente

porque el acelerado desarrollo de las comunidades modificando los

ecosistemas locales, incrementando el riesgo de inundación. Y de esta

manera, acrecienta el peligro ya que cada vez hay más gente hacinada a lo

largo de las orillas de los ríos, el cual afecta la localización.

En Venezuela los centros urbanos han clasificado la población, por lo que

se ha venido ocupando e incrementando horizontalmente estos espacios, sin

consultar a los organismos públicos pertinentes, para sus estudios y posibles

perisología, generalmente estos asentamientos urbanos ocurren en zonas de

alta susceptibilidad geológica.

En el Estado Mérida han ocurrido una gran cantidad de inundaciones por

causa de fuertes lluvias acaecidas que han generado las crecidas de los

ríos, lagos, caños y quebradas, una de ellas fue la ocurrida en el Valle de

Mocotíes formado por las comunidades de Bailadores, La Playa, Zea, Tovar

5

y Santa Cruz de Mora en el estado Mérida, Venezuela; esta vaguada fue

ocasionada por los fuertes aguaceros que cayeron durante varias horas sin

cesar en la región, provocando la crecida del río Mocotíes arrastrando gran

cantidad de lodo, rocas, arboles; todo lo que se encontrara en su camino

deteriorando gran cantidad de viviendas, vehículos; distintas obras como las

vías de comunicación, instalaciones eléctricas, sistemas de acueductos,

aguas servidas, dejando como consecuencia una gran cantidad de pérdidas

humanas, damnificados, daños materiales millonarios, colocando en estado

de emergencia e incomunicada a toda la zona.

Las fuertes lluvias que azotaron a la entidad federal de Ejido durante los

tres últimos años, se debió a los factores naturales que condicionan su

relieve entre los que resaltan vertientes que poseen gran cantidad de

afluentes hídrico, han desencadenado una serie de eventos, motivado a las

crecidas torrenciales de cauces produciendo derrumbes de gran magnitud en

todos los sectores, en especial el sector Aguas Calientes lo que ocasionó la

pérdida de la masa de suelo y la inestabilidad de las viviendas, así como

también Centros Comerciales, Negocios, que hacen vida productiva en el

lugar, quedando en zozobra toda la comunidad y en peligro inminente de

caerse varias viviendas, y poniendo en riesgo constante sus vidas y

comercios.

La Urbanización La Pradera, en estudio, se ha visto afectada en relación

a lo anteriormente descrito, la masa de suelo ha venido cediendo, al extremo

que cuando llueve suceden derrumbes continuos que socava el talud,

produciendo los deslizamientos de tierra que afectan a treinta y dos familias

que habitan en la zona, de igual manera, la acción de las lluvias constantes,

han colaborado con el peligro inminente del colapso de casas que albergan a

estas familias, lo que pudiese generar damnificados, como se sabe, esto

profundiza la problemática social dentro de la ciudad de Ejido.

6

Sin embargo, se puede predecir que de no solucionarse esta situación

varias familias tendrían que desalojar sus moradas, sin mencionar las

cuantiosas pérdidas económicas que son significativos cuando un talud

colapsa y lo más importante el riesgo, vulnerabilidad, seguridad y vida de los

afectados, así como también de los comerciantes que laboran cada día en el

sector. Y por lo tanto el desastre ambiental que dejaría, que asociadas a la

vulnerabilidad se transforman en potenciales riesgos naturales.

Por otro lado, para dar solución a la problemática ya descrita, requiere de

una sistematización a nivel de ingeniería civil, ya que se debe tomar en

cuenta los efectos de desestabilización que sobre un suelo o estructura,

puede causar la socavación de un talud, esto pone de manifiesto la

necesidad de considerar procedimientos y criterios que permitan establecer,

por lo menos un adecuado nivel de seguridad a los habitantes de la

urbanización La Pradera y sus adyacencias.

Sin embargo, la alternativa que se propone es la construcción de muro,

para garantizar la estabilidad y la estructura de las viviendas ubicadas a

pocos metros de la quebrada Aguas Calientes. Por otro lado, debería

considerarse el mejoramiento de la canalización de la quebrada para reducir

la socavación en toda el área ya afectada. El criterio para seleccionar el tipo

de obra de contención, depende de una serie de características como son

depresiones de la zona, estudio de suelo donde está ubicado la falla para

determinar el tipo de efecto que será de ayuda para los cálculos del muro, y

tomando en cuenta los perfiles tanto longitudinal como transversal, para

finalmente realizar el diseño y cálculo del muro tomando en cuenta el

impacto que produzca su construcción y el factor económico.

Es importante minimizar los aspectos adversos como los deslizamientos

producidos en periodos de lluvia, beneficiándose con este sistema los

7

habitantes del sector Aguas Calientes específicamente la Urbanización La

Pradera y sus adyacencias.

Objetivos de la Investigación

Objetivo General:

Proponer la estabilización del talud en la Urbanización La Pradera

para proteger el margen de la quebrada Aguas Calientes.

Objetivos Específicos:

Diagnosticar la situación actual del sector en estudio.

Realizar el estudio geomorfológico correspondiente a la zona.

Seleccionar el tipo de muro de contención para mitigar la socavación,

asentamiento, daños e impacto ambiental.

Diseñar un muro de contención.

Justificación de la Investigación

La presente investigación plantea una solución eficiente, para corregir

daños que están afectando de manera directa a la comunidad La Pradera y

sus adyacencias, algunas razones útiles que aportará este estudio será:

Este proyecto tiene como propósito principal beneficiar a la población del

sector Aguas Calientes los cuales viven con la preocupación y la angustia en

periodo de lluvia del desborde de la quebrada Aguas Calientes.

El logro de los objetivos planteados producirá efectos altamente

significativos, desde el punto de vista social ya que mejorará la calidad de

vida y tranquilidad en aras de salvaguardar la integridad física de los

8

habitantes, beneficiándose de manera directa la población y su entorno de

igual manera a los comerciantes que hacen vida en el sector.

Así como, también la medida de estabilidad y protección que se le bridará

ha la masa de suelo para mitigar y controlar adecuadamente futuros

deslizamientos, ya que el mismo puede produir un impacto ambiental tanto

por el aumento del caudal como por la contaminación que el mismo padece,

y de esta manera conllevar a minimizar daños naturales y humanos.

La importancia de esta investigación es dar un aporte a los ingenieros

dedicados al diseño de obras de contención, ya que este estudio permitirá

buscar soluciones adecuadas tomando criterios y normas para optimizar la

estabilidad, por otro lado, contribuirá muy significativamente ya que pudiera

ser tomada como referencia, sirviendo de apoyo para estudios posteriores.

También, será un aporte fundamental a la sociedad ya que con este

estudio se espera que los entes gubernamentales y no gubernamentales se

involucren en la materia como la Alcaldía, Bomberos, INPRADEM, Los

Consejos Comunales, entre otros. Dicho estudio se realizará en el Sector

Aguas Caliente, específicamente en la Urbanización La Pradera, Municipio

Campo Elías, Parroquia Matriz, Ejido Estado Mérida.

9

CAPÍTULO II

Marco Referencial

Reseña Histórica

La idea de proporcionar un soporte lateral a masas de tierra mediante el

empleo de estructuras de contención, es bastante antigua. Las primeras

construcciones de las que se tiene conocimiento en la que se ha empleado

este concepto, corresponden a los monumentos megalíticos, estas

construcciones, que son las primeras manifestaciones arquitectónicas de la

historia, se emplearon principalmente en la costa atlántica de Europa y en el

Mediterráneo Occidental. (Esteban, 2009).

Éste autor así mismo considera, que en la antigüedad una de las primeras

civilizaciones en construir grandes monumentos y ciudades, que hoy en día

son motivo de mucha admiración por la majestuosidad de sus obras, fueron

construidas por los egipcios donde destaca la construcción de muros como

medio de contención de las terrazas que soportaban templo.

El desarrollo de las civilizaciones trajo consigo el crecimiento de las

ciudades, muchas de las cuales fueron fortificadas con muros de grandes

alturas con propósitos de defensa. Durante muchos siglos no se produjo

evolución alguna en cuanto a los materiales desarrollados para la

construcción de estructuras de contención de tierras, los cuales eran

diseñados principalmente de mampostería, tanto de piedra como de ladrillo,

además del empleo ocasional del adobe. En el siglo XVIII cuando aparecen

los primeros estudios más científicos y técnicos sobre el tema, con el

mariscal Vouban en el 1706 y su tratado de las defensas de las plazas

10

después con el científico Coulomb en 1773 que desarrollo su teoría sobre

empujes de tierra. (Esteban, 2009).

En este mismo sentido, Rico y Del Castillo (1988), denotan que no hay

una teoría de aplicación universal y su utilidad para un caso dado depende

siempre de condiciones de la estructura y del relleno que no son fáciles de

prever, tales como la deformabilidad de la estructura, vertical y

horizontalmente las condiciones de relleno, por ejemplo en lo relativo a

saturación o evolución de su resistencia al esfuerzo cortante con el tiempo,

así se han de manejar varias teorías de empuje y diversos tipos de

estructuras de retención.

Por otro lado, Reyes (2004), afirma las grandes catástrofes de origen

geotécnico se han estudiado siempre con atención en la comunidad

científico-técnica porque ponen de manifiesto los límites de las teorías,

modelos y prácticas de proyecto o constructivas. Es decir que ignorarlas o

examinarlas superficialmente es tanto como aceptar que puedan volver a

ocurrir si se dan circunstancias similares, lo que resulta intolerable.

Según, Diez (2009), asevera que durante la historia de Venezuela, como

el resto del mundo, se han registrado eventos geológicos que afectan a la

comunidad, tales eventos como lluvias, inundaciones, deslizamientos,

derrumbes, sismos, deslaves, etc. Por supuesto que no solo se han

presentado en ciudades y pueblos, también se han presentado en sitios que

no se encuentran habitados, pero al momento de realizar un estudio de

susceptibilidad, abarca toda la zona del estudio se encuentre habitada o no.

De los anteriores planteados se deduce, que los muros de contención

figura dentro de la historia de la construcción desde sus orígenes, primero

fueron mampostería posteriormente fueron de concreto ciclópeo y finalmente

de concreto reforzado. La técnica de terraplén reforzado basado en la

combinación de armadura relleno granular y un parámetro, han permitido

11

desde hace más de treinta años superar los límites de los muros de

contención y a su vez estabilizar taludes. (Ruíz 1989).

Y con esto también la aparición del hormigón a inicios del siglo XIX y su

empleo en estas estructuras a partir del siglo XX, y la inclusión del acero el

cual es capaz de soportar tensiones de tracción, ha permitido construir muros

con mayores prestaciones estructurales y geométricas, así como estéticas.

(Torrea 2003).

Antecedentes de la Investigación

Antes de efectuar un proceso de investigación es importante conocer

algunos trabajos de investigación realizados, que permiten generar una

visión más amplia del tema a tratar, así como que ofrezcan bases,

fundamentos y plataforma, como punto de partida para realizar el proceso de

indagación acorde con las nuevas necesidades de estabilizar y proteger

taludes dentro del enfoque de estructuras de contención, como lo es estos

estudio de investigación.

Martínez (2009), de la Universidad Austral de Chile, de la facultad de

Ciencia de la Ingeniería, en Valdivia-Chile, realizó la investigación en el

“Diseño de Muro de Contención Sector La Aguada Comuna de Corral, para

optar al título de Ingeniero Civil en Obras Civiles”, propuso la solución a la

problemática de estabilidad de taludes, presente en el sector de la Aguada

Comuna Corral, región de los Ríos.

El objetivo primordial era estabilizar los taludes, obteniendo datos para el

diseño, él trabajo se basó en valores tabulados de ángulos de fricción y

cohesión, ya que no se pudieron realizar los ensayos de mecánica de suelos

12

ideados en un primer momento, pues que no fue posible obtener las

muestras cilíndricas requeridas para el desarrollo del ensayo triaxial, debido

a que estas se desmoronaban por las condiciones y tipo de suelos

existentes, el cual permitía conocer directamente estos valores. Entonces

dichos datos fueron obtenidos basándose en los datos que si fue posible

conseguir, tales como tipo de suelo y densidades, buscándose y

seleccionándose siempre los valores más conservadores.

Por lo tanto, la opción a la cual llego como medidas mitigadoras de riesgo

de deslizamientos de tierra, fue el diseño de muros de contención en

voladizo. Sin embargo llego a la solución que métodos de menor costo como

los de corrección superficial o una corrección geométrica no son viables ya

que las condiciones topográficas no lo permitían, como tampoco las

condiciones de uso, ya que este es un sector completamente habitado donde

no se podría modificar en gran manera la geometría de los taludes, pues en

todas las zonas de riesgo existen casas o caminos aledaños. Por esto, se

optó por un método de reconocida eficiencia, como lo son este tipo de muros.

Para el cálculo elaboró un programa en MATHCAD que permitió una

iteración de valores más efectiva, siendo verificados según las disposiciones

del Manual de Obras Públicas de Chile.

Jara (2008), realizó la tesis doctoral en el “Estudio de la Aplicabilidad de

Materiales Compuestos al Diseño de Estructuras de Contención de Tierras y

su Interacción con El Terreno, para su empleo en Obras de Infraestructura

Viaria”, presentado en la Universidad Politécnica de Madrid E.T.S de

Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Éste enfoco la evaluación en el

uso de los materiales compuestos para el diseño y construcción de

estructuras de contención de tierras, para ser empleadas en obras de

infraestructura viaria. A partir de los objetivos definidos que permitirán

ampliar los conocimientos en el uso de los materiales compuestos, tanto en

13

estructuras de contención de tierras como en otras aplicaciones geotécnicas.

En este sentido, se seleccionó dos tipos de estructuras de contención que

fue analizado en la investigación Muros de gravedad tipo ménsula y Muros

de tierra mecánicamente estabilizada.

Éste seleccionó finalmente el muro de tierra mecánicamente estabilizada,

debido principalmente a que si bien actúa como una gran estructura de

gravedad, el comportamiento estructural dependería de la interacción que se

desarrolla entre el suelo y los flejes de refuerzo, mientras que las placas

cumplen una función de cobertura frontal para evitar la erosión del relleno

reforzado, el cual puede desencadenar por agentes externos. Este problema

no se presenta en los muros de tierra mecánicamente estabilizada, debido a

que las placas de la primera fila simplemente apoyan en la cimentación. En

Geotecnia son pocas las experiencias en el uso de estos nuevos materiales,

como es el caso mencionado de pilotes en ambientes agresivos.

Los resultados de los ensayos de rozamiento realizados muestran que,

los distintos factores estudiados influyen de forma importante en la

interacción entre materiales compuestos y suelos. De todos los factores

analizados la rugosidad de las placas es el que presenta la mayor influencia

en el ángulo de rozamiento de la interfaz δ ′, dándose una tendencia lineal

del aumento de δ ′ con la rugosidad normalizada n R, tanto para la arena de

miga como para la arena tosquiza. Tanto la arena de miga como la arena

tosquiza presentan un rozamiento adecuado con los materiales compuestos

empleados, pudiendo ambos materiales ser utilizados para el diseño de

muros de contención de tierras, en especial en muros de tierra

mecánicamente estabilizada.

En cuanto a la propuesta de prototipo presentada en el capítulo final se

puede destacar que, en base a los diseños planteados, el desarrollo de los

14

materiales compuestos para su uso en muros de contención de tierras se ve

como una alternativa técnicamente viable, evaluó distintas posibilidades de

solución de muro tipo ménsula, muro de tierra mecánicamente estabilizada,

partiendo del análisis del comportamiento geotécnico de dichas estructuras y

de su interacción con el terreno, proponiendo así un prototipo que pudiera

ser utilizado en obras de infraestructuras viaria.

La metodología utilizada para esta investigación fue de investigación de

campo y descriptiva, apoyada en técnica de investigación documental, el

aporte de esta investigación es sustancial ya que el mismo propuso la

aplicabilidad de materiales para usarlas a mejoras de obras estabilizantes a

estructuras.

Dávila (2007), en su trabajo de investigación realizo para el Instituto

Universitario Politécnico Santiago Mariño del Estado Mérida, titulado

“Propuesta de un Muro para el mejoramiento en la Estabilidad de taludes de

la vía de acceso Aldea Paisa (Santa Cruz de Mora)”, donde se propuso un

muro para el mejoramiento en la estabilización de taludes en la vía de

acceso a la Aldea de Paiva de Santa Cruz de Mora del Municipio Pinto

Salinas del Estado Mérida.

El mismo tiene como objetivo principal presentar una propuesta de un

muro de contención ya que en el mes de febrero del año 2005 ocurrió un

evento extraordinario de lluvia, el cual originó una serie de problemas como

deslizamientos de taludes, presencia de hundimientos y asentamientos,

erosiones, afectando de manera directa y trayendo como consecuencia

inestabilidad en los taludes, debido al grado e saturación de agua en el

suelo, originado este por las fuertes precipitaciones caídas en el sitio en

cuestión. La metodología utilizada para esta investigación fue de

investigación de campo y descriptiva, apoyada en técnica de investigación

15

documental, el aporte de esta investigación es importante ya que el mismo

propuso una alternativa para mejorar la estabilidad del talud.

Por su parte Barbosa, Batista y Sánchez (2006) elaboraron una

investigación llamada “Evaluación de Riesgos por Inundaciones en los

Municipios de Carolina y Loiza, Puerto Rico”; presentado como investigación

para la Universidad de Puerto Rico, señala que las inundaciones en Puerto

Rico están asociadas a problemas tales como las modificaciones del terreno

producidas por prácticas inadecuadas, la tala de árboles, los incendios, la

urbanización ente otras intervenciones adversas para el medio ambiente. El

conocimiento, la representación espacial de los territorios propensos a

inundarse tienen una amplia aplicación, puesto que la información obtenida

podrá ser utilizada por las instituciones encargadas de la Protección Civil,

además de ayudar a un mejor el ordenamiento territorial. El objetivo

fundamental del presente trabajo es la evaluación espacio-temporal del

peligro y la vulnerabilidad, por lo tanto del riesgo, ante inundaciones costeras

en los Municipios de Loíza y Carolina. La diferenciación de los niveles de

peligro en estos municipios permite identificar áreas prioritarias de

intervención especial tanto en las actividades anterior y posterior a un

desastre, así como las áreas donde la inversión de capitales será más

segura. Sin embargo, estas áreas de peligro pueden o no coincidir con las

áreas de mayor riesgo, pues estas últimas están reguladas por las

condiciones socio-económicas de la población residente.

Murcia y Macías (2005), en su investigación titulada “Registro geológico

de inundaciones recurrentes e inundación del 4 de octubre de 2005 en la

ciudad de Tapachula, Chiapas, México”; presentado como requisito para

obtener el título de Ingeniero Geofísico en la Universidad Nacional Autónoma

de México, donde describe que el 4 de octubre de 2005, la ciudad de

Tapachula sufrió el peor desastre de su historia como consecuencia de

16

lluvias prolongadas e intensas asociadas al huracán Stan. En esta ocasión,

el nivel del agua del río Coatán, que drena el sector occidental de la ciudad,

aumentó paulatinamente hasta su desbordamiento.

Resalta que los efectos fueron devastadores, cuantificados unas 2.000

casas desaparecidas, cerca de 100.000 personas damnificadas, cuatro

puentes y la vía del ferrocarril destruidos. Los días anteriores al desastre,

desde el 1 hasta el 3 de octubre, la precipitación en la zona montañosa

cercana al Complejo Volcánico Tacaná fue de 143 mm, mientras que sólo el

día 4 fue de 60 mm más (242 mm), alcanzándose periodos de retorno de 20

años. En esta ocasión la inundación ocupó la llanura aluvial, las terrazas más

bajas, en algunos sectores, erosionó la base de otras terrazas más altas

produciendo su colapso. En la zona montañosa, la precipitación se mantuvo

hasta el día 6 alcanzando periodos de retorno de 100 años. El registro

estratigráfico evidenció al menos 10 depósitos emplazados durante los

últimos 680 años, de los cuales al menos siete han ocurrido en los últimos

105 años.

Adicionalmente, el registro geológico indica que, en el abanico aluvial

donde se encuentra establecida la ciudad de Tapachula, el río Coatán ha

mantenido el curso actual durante al menos 1,330 años. A lo largo del río

Coatán, en el sector occidental de Tapachula, existen aún sectores

urbanizados en las terrazas más bajas dentro del valle que fueron

parcialmente erosionadas en octubre de 2005. Posteriormente a la

inundación, medidas importantes fueron emprendidas con la creación de un

sistema de alerta temprana para monitorear un posible nuevo flujo por el río

Coatán y con la canalización antrópica para controlar futuros flujos

compuestos de agua y sedimento.

17

La metodología utilizada para esta investigación fue de investigación de

campo y descriptiva, apoyada en técnica de investigación documental, el

aporte de esta investigación no es directo pero importante ya que el estudio

que realizó de la geología de la zona, la topografía, entre otros, y llegar a

proponer una alternativa de mitigación y seguridad a los ciudadanos.

Contreras, L (2005), en la propuesta titulada, “ Manejo y Desarrollo de la

Microcuenca Quebrada Aguas Calientes con Énfasis en el Manejo de las

Aguas Termales” , para optar al titulo Ingeniero Forestal en la Facultad de

Ciencias Forestales y Ambientales, ULA, este propone un estudio de las

aguas termales de la zona, teniendo en cuenta que esta microcuenca es uno

de los principales afluente del río La Portuguesa que se encuentra ubicada

en el Municipio Campo Elías el cual es uno de los mas densamente

poblados, ya que en los últimos años esta ha sido objeto de una gran presión

sobre sus tierra con el fin de extraer sus productos naturales, y usarla con

fines urbanos sin control. Este propone una evaluación y futuro

aprovechamiento de dichas aguas, el tesista realizo un estudio basado en

una causa efecto, teniendo en cuenta los problemas que derivan de las

intervenciones a microcuenca para un futuro manejo. La metodología que

aplico la de revisión, recopilación y análisis de la información existente del

área y relacionada con el tópico que trato, análisis de tablas y gráficos de

información de la microcuenca, contó con mapas de vegetación del uso

actual, chequeo en campo los datos recolectados, entre otros.

Es importante destacar que la información y datos que presenta este

autor, son de mucha connotación para esta investigación ya es uno de los

que tiene más información sobre la microcuenca Aguas Calientes en cuanto

a geomorfología de la zona se refiere.

18

Bases Teóricas

A continuación se citarán algunos aspectos o definiciones relacionadas

con el tema de estudio, para poder obtener un enfoque y conocimiento de lo

que se investiga. No sin antes destacar algunas consideraciones que los

expertos en la materia expresan.

Suarez (2005), menciona que para el análisis de estabilidad de estas

estructuras, se requiere conocer tanto la naturaleza de la estructura del

muro, como la naturaleza del material que será soportado; al igual que la

manera en que el muro podría moverse o ceder después de la construcción.

Así como también, Crespo (2004), señala el método a utilizarse para la

determinación de las cargas ejercidas por el terreno sobre las estructuras de

contención, depende de la rigidez de las estructuras. “Por ejemplo, los

métodos de Rankine y Coulomb desarrollados entre los años 1700 a 1900,

se basan en la idealización de la estructura de contención, como una

estructura rígida y que se comporta como una unidad. Sin embargo, a pesar

de que esta suposición ignora el efecto real que existe en la interacción

suelo-estructura y el proceso de construcción del sistema, en la actualidad,

estructuras más complicadas han sido diseñadas aplicando modificaciones

empíricas a estos métodos”.

Del mismo modo, el autor anteriormente mencionado, hace enfatizar que,

dependiendo del ángulo de inclinación del terreno, el empuje activo y pasivo

calculado mediante distintos métodos puede ser bastante diferente. En

nuestros días existen más de cincuenta teorías disponibles, teniendo todas

ellas sus raíces en las teorías de Rankine y de Coulomb.

19

A continuación se desarrollan tanto teorías como métodos

correspondientes a ecuaciones, a partir de los cuales se realiza la

determinación de los esfuerzos laterales en condición de reposo, en

condición activa y pasiva.

Teoría de los Empuje

Empuje de Reposo: Cuando el muro o estribo está restringido en su

movimiento lateral y conforma un sólido completamente rígido, la presión

estática del suelo es de reposo y genera un empuje total E0, aplicado en el

tercio inferior de la altura. (Suarez, 2005).

K0 es el coeficiente de presión de reposo.

Para suelos normales o suelos granulares se utiliza con frecuencia para

determinar el coeficiente de empuje de reposo la expresión: Ko = 1 sen φ

Empuje Activo: Cuando la parte superior de un muro o estribo se mueve

Suficientemente como para que se pueda desarrollar un estado de equilibrio

plástico, la presión estática es activa y genera un empuje total Ea, aplicada

en el tercio inferior de la altura. En la figura 20 se muestra un muro de

contención con diagrama de presión activa.

Ka es el coeficiente de presión activa. (Suarez, 2005).

20

El coeficiente de presión activa se puede determinar con las teorías de

Coulomb o Ranking para suelos granulares; en ambas teorías se establecen

hipótesis que simplifican el problema y conducen a valores de empuje que

están dentro de los márgenes de seguridad aceptables. (Crespo 2004, pag.

193).

Empuje Pasivo: Cuando un muro o estribo empuja contra el terreno se

genera una reacción que se le da el nombre de empuje pasivo de la tierra

Ep, la tierra así comprimida en la dirección horizontal origina un aumento de

su resistencia hasta alcanzar su valor límite superior Ep, la resultante de esta

reacción del suelo se aplica en el extremo del tercio inferior de la altura, la

figura 21 muestra un muro con diagrama de presión pasiva. (Suarez, 2005).

Kp es el coeficiente de presión pasiva.

La presión pasiva en suelos granulares, se puede determinar con las

siguientes expresiones:

1. El coeficiente Kp adecuando la ecuación de Coulomb es:

Cuando se ignora los ángulos (δ, β, ψ) en la ecuación se obtiene el

coeficiente Kp según Rankine:

Según Suarez (2005), señala que una de las primeras contribuciones

corresponde a Gautier (1717), quién definió tres clases de rellenos en su

disertación sobre los espesores necesarios para los estribos de puentes. A

21

estas tres clases de relleno les asignó diferentes ángulos de talud natural,

que son presentados en la siguiente tabla:

Tabla 1: Clases de relleno y ángulos de talud natural definidos por Gautier.

Clase de Relleno Ángulo de talud natural

Arena limpia y seca 31°

Tierras ordinarias 45°

Arcilla compactada Variable > 45° Fuente: Suarez (2005).

Continuado con el mismo autor, menciona que Gautier determinó que un

muro de contención de tierras es necesario cuando se quiere disponer de un

talud mayor al correspondiente “talud natural” y consideró que el empuje de

tierras era debido a la cuña de tierras que se muestra en la figura 1.

Figura 1: Esquema del empuje de tierras al comienzo del siglo XVIII. Fuente: Suarez (2005).

Con el desarrollo de este concepto, se define un coeficiente de empuje,

considerando que el ángulo de talud natural de las tierras propuesta.

Esta formulación se obtiene considerando que el peso de la cuña que

soporta el muro y el empuje son iguales siempre que la línea correspondiente

22

al ángulo de talud natural no opusiese resistencia. A partir de esto, se puede

definir un coeficiente de empuje: K = 0,5

Así mismo, Suarez (2005), detalla que, J. R. Peronet en 1769 propone

nuevos ángulos de talud natural, considerando el efecto de la altura del

relleno y la valoración negativa que se le da a la presencia de arcillas. Para

arcillas húmedas, el ángulo de talud natural puede ser de 18° o menor, lo que

provocaría un aumento de la cuña deslizante actuando sobre el muro.

Teoría Coulomb

Ecuación de Coulomb: En el año 1773 el francés Coulomb publicó la

primera teoría racional para calcular empujes de tierra y mecanismos de falla

de masas de suelo, cuya validez se mantiene hasta hoy día, el trabajo se

tituló: “Ensayo sobre una aplicación de las reglas de máximos y mínimos a

algunos problemas de Estática, relativos a la Arquitectura”. (Suarez, 2005).

La teoría de Coulomb se fundamenta en una serie de hipótesis que se

enuncian a continuación:

1. El suelo es una masa homogénea e isotrópica y se encuentra

adecuadamente drenado como para no considerar presiones intersticiales en

él.

2. La superficie de falla es plana.

3. El suelo posee fricción, siendo φ el ángulo de fricción interna del suelo, la

fricción interna se distribuye uniformemente a lo largo del plano de falla.

4. La cuña de falla se comporta como un cuerpo rígido.

5. La falla es un problema de deformación plana (bidimensional), y se

considera una longitud unitaria de un muro infinitamente largo.

23

6. La cuña de falla se mueve a lo largo de la pared interna del muro,

produciendo fricción entre éste y el suelo, δ es el ángulo de fricción entre el

suelo y el muro.

7. La reacción Ea de la pared interna del muro sobre el terreno, formará un

ángulo δ con la normal al muro, que es el ángulo de rozamiento entre el muro

y el terreno, si la pared interna del muro es muy lisa (δ = 0°), el empuje activo

actúa perpendicular a ella.

8. La reacción de la masa de suelo sobre la cuña forma un ángulo φ con la

normal al plano de falla.

El coeficiente Ka según Coulomb es:

ψ= Angulo de la cara interna del muro con la horizontal.

β= Angulo del relleno con la horizontal.

δ= Angulo de fricción suelo-muro.

Siguiendo recomendaciones de Terzaghi, el valor de δ puede tomarse en la

práctica como:

Si la cara interna del muro es vertical (ψ = 90°), la ecuación se reduce a:

Si el relleno es horizontal (β= 0°), la ecuación se reduce a:

Si no hay fricción, que corresponde a muros con paredes muy lisas (δ = 0°),

la ecuación se reduce a:

24

En relación con este último, Suarez (2005), menciona la teoría de

Coulomb no permite conocer la distribución de presiones sobre el muro,

porque la cuña de tierra que empuja se considera un cuerpo rígido sujeto a

fuerzas concentradas, resultantes de esfuerzos actuantes en áreas, de cuya

distribución no hay especificación ninguna, por lo que no se puede decir

nada dentro de la teoría respecto al punto de aplicación del empuje activo.

Coulomb supuso que todo punto de la cara interior del muro representa el pie

de una superficie potencial de deslizamiento, pudiéndose calcular el empuje

sobre cualquier porción superior del muro ΔEa, para cualquier cantidad de

segmentos de altura de muro.

Este procedimiento repetido convenientemente, permite conocer la

distribución de presiones sobre el muro en toda su altura. Esta situación

conduce a una distribución de presiones hidrostática, con empuje a la altura

H/3 en muros con cara interior plana y con relleno limitado también por una

superficie plana. Para los casos en que no se cumplan las condiciones

anteriores el método resulta ser laborioso, para facilitarlo. Terzaghi propuso

un procedimiento aproximado, que consiste en trazar por el centro de

gravedad de la cuña crítica una paralela a la superficie de falla cuya

intersección con el respaldo del muro da el punto de aplicación deseado.

(Suarez, 2005).

En la teoría de Coulomb el Ea actúa formando un ángulo δ con la normal

al muro, por esta razón esta fuerza no es horizontal generalmente. El Ea será

horizontal solo cuando la pared del muro sea vertical (ψ= 90°) y el ángulo (δ=

0°). En tal sentido, las componentes horizontal y vertical del Ea se obtienen

adecuando la expresión según Coulomb de la siguiente manera:

25

Ea h y Ea v son es las componentes horizontal y vertical del Ea. Para valores

de: ψ = 90° y δ = 0°, resulta: ω=0°, Ea h = Ea y Ea v =0.

Teoría Rankine

Ecuación de Rankine: En el año 1857, el escocés W. J. Macquorn

Ranking realizó una serie de investigaciones y propuso una expresión mucho

más sencilla que la de Coulomb. Su teoría se basó en las siguientes

hipótesis. (Suarez, 2005):

1. El suelo es una masa homogénea e isotrópica.

2. No existe fricción entre el suelo y el muro.

3. La cara interna del muro es vertical (ψ = 90°).

4. La resultante del empuje de tierras está ubicada en el extremo del tercio

inferior de la altura.

5. El empuje de tierras es paralelo a la inclinación de la superficie del terreno,

es decir, forma un ángulo β con la horizontal.

El coeficiente Ka según Rankine es:

Si en la ecuación, la inclinación del terreno es nula (β = 0°), se obtiene

una ecuación similar a la de

Coulomb ecuación para el caso particular que (δ= β= 0° ; ψ= 90° ), ambas

teorías coinciden:

Según Suarez (2005), en la teoría de Rankine, se supuso que la cara

interna del muro es vertical (ψ= 90°), y que el empuje de tierras es paralelo a

la inclinación de la superficie del terreno, es decir, forma un ángulo βcon la

horizontal, es este sentido, esta fuerza no es siempre horizontal. Las

componentes horizontal y vertical del Ea se obtienen adecuando la

expresión.

26

Rankine de la siguiente manera:

Para valores de: β= 0°, resulta: Ea h = Ea y Ea v =0.

Teorías Basadas en Métodos de Equilibrio Límite

Según Fratelli (1993), una de las contribuciones más importantes para la

determinación del empuje activo de tierras fue la presentada por C. A.

Coulomb (1776), quién mediante el estudio del método de máximos y

mínimos explicó el comportamiento de rotura de los suelos a través de la

definición de la línea de rotura crítica que se crea en el trasdós de un muro,

cuando se alcanza la condición de equilibrio límite.

Figura 2: Esquema básico planteado por Coulomb para el empuje de tierras.

Fuente: Fratelli, (1993)

Métodos Gráficos

Culman desarrolló en 1875 los primeros métodos mediante el empleo de

gráficos para determinar el empuje activo de un suelo no cohesivo que actúa

sobre una estructura de contención. Este método se basa en la presión que

ejerce una cuña de suelo en el trasdós de un muro, localizada

arbitrariamente sobre una superficie plana de deslizamiento. El método de

27

Culman es principalmente usado si el muro tiene un trasdós quebrado o

inclinado, y si el relleno tiene una superficie irregular o lleva una sobrecarga.

También es posible considerar que el relleno esté parcialmente sumergido.

(Fratelli, 1993).

Figura 3: Método gráfico de Culman para determinar la presión activa de

suelos.

Fuente: Fratelli, (1993).

Métodos en Base a Ábacos

Según Fratelli (1993), Terzaghi y Peck (1948) formularon un método de

cálculo para pequeños muros que llamaron semiempírico. Este método

permite la estimación de la presión de tierras activa sobre muros de

contención, a partir de la definición del ángulo de inclinación del relleno del

trasdós y de la clasificación del suelo que es empleado como material de

relleno.

Por su parte la Crespo (2004) en su manual de diseño presenta

numerosos ábacos para la determinación de las presiones tanto activa como

pasiva, tomando en consideración la inclinación del relleno del trasdós, la

fricción del muro con trasdós inclinado, el efecto de la presencia de agua en

el terreno y la existencia de cargas en superficie. Un talud o ladera es una

28

masa de tierra que no es plana sino que posee pendiente o cambios de

altura significativos. En la literatura técnica se define como ladera cuando su

conformación actual tuvo como origen un proceso natural y talud cuando se

conformó artificialmente (Figura 4).

Las laderas que han permanecido estables por muchos años pueden

fallar en forma imprevista debido a cambios topográficos, sismicidad, flujos

de agua subterránea, cambios en la resistencia del suelo, meteorización o

factores de tipo antrópico o natural que modifiquen su estado natural de

estabilidad. Los taludes se pueden agrupar en tres categorías generales: Los

terraplenes, los cortes de laderas naturales y los muros de contención.

Además, se pueden presentar combinaciones de los diversos tipos de

taludes y laderas. (Chespo, 2004).

Figura 4: Nomenclatura de taludes y laderas. Fuente: Crespo (2004).

El autor anteriormente mencionado, denota que la inestabilidad de

taludes es entendido como la tendencia que tienen todos los taludes a

moverse y fallar, originándose un consiguiente movimiento de masa. Este

movimiento de masa, es por lo general, el resultado de la falla al corte que se

produce en una superficie interna del talud; pudiendo deberse también a la

disminución del esfuerzo efectivo existente entre partículas que ocasiona la

29

licuefacción del suelo. La resistencia a la falla en taludes radica

principalmente en la resistencia al cortante del suelo mismo y en la geometría

del talud.

Hoy en día, debido al incremento de obras de ingeniería relacionadas con

cortes y rellenos, la necesidad de entender métodos analíticos, y métodos de

estabilización que puedan resolver el problema de estabilidad de taludes ha

ido creciendo, es por esta razón que se hace fundamental el entendimiento

de la geología, hidrología, y de las propiedades del suelo, de tal modo que

estos conceptos básicos sean aplicados de manera correcta al problema de

estabilidad de taludes.

Así mismo, el autor, dice que antes de desarrollar las distintas maneras

en las que puede fallar un talud, es necesario conocer la nomenclatura que

es utilizada a lo largo del capítulo. A partir de la Figura 5 se tiene:

La pendiente del talud o razón de pendiente: describe la inclinación del

talud y está siempre expresada como Horizontal: Vertical.

La cara del talud: es la superficie del terreno situada entre la cresta y el

pie del talud.

La altura del talud H : es la distancia vertical existente entre la cresta y el

pie del talud.

La terraza: es un área estrecha ubicada a un cierto nivel del talud con el

objeto de facilitar la colocación de superficies de drenaje.

30

H

Pie

Terraza

Cara

Pendientedel talud

Cresta

1P

Figura 5: Nomenclatura usada para describir taludes. Fuente: Suarez (2005).

Tipos de Fallas.

Según Fratelli (1993), relata que existen una amplia variedad de tipos de

movimientos (fallas) observados en taludes. Para clasificar estos modos de

falla se han desarrollado varios métodos. El sistema de Varnes divide las

fallas de talud en cinco tipos: fallas, desprendimientos, deslizamientos,

esparcimientos y flujos. A continuación se desarrolla separadamente cada

uno de estos tipos de falla. En estos, el término “roca” se refiere a la falla de

la roca madre, el término “escombros” se refiere principalmente a suelos

grueso, y el término “suelo” para este apartado se refiere predominantemente

a suelo fino.

Fallas.- Son fallas de taludes consistentes de fragmentos de suelo o roca

que caen rápidamente, pudiendo ser transportadas por el aire a lo largo de

su caída. Este tipo de falla ocurre a menudo en taludes de roca empinados y

usualmente se produce cuando fragmentos de roca son afectados por la

erosión, por raíces de árboles, por la presión del agua presente en los poros

o finalmente pueden también producirse como resultado de los movimientos

de un terremoto, Figura 6 (a).

Desprendimiento.- Un desprendimiento es similar a una falla, excepto

que el movimiento empieza con una masa de roca o arcilla rígida cayendo

alrededor de una fisura o unión vertical o casi vertical. Este modo de falla

31

ocurre solo en taludes empinados, Figura 6 (b). Este tipo de falla es

esencialmente importante en esquistos y pizarras.

Deslizamientos.- En esta forma de movimiento la masa de suelo

permanece esencialmente intacto, es decir, se trata de uno o más bloques de

suelo que se deslizan a lo largo de una superficie bien definida y definitiva de

falla. Los deslizamientos pueden ser descritos por su geometría, y se

subdividen en dos tipos principales:

Deslizamientos traslacionales que involucran movimientos lineales

de bloques de rocas a lo largo de superficies planas de corte o

movimientos de estratos de suelo que se encuentran cercanos a la

superficie. Estos movimientos, son por lo general superficiales y

paralelos a la superficie, Figura 6 (c).

Deslizamientos rotacionales que ocurren característicamente en

rocas débiles homogéneas o en suelos cohesivos. El movimiento

se produce a lo largo de una superficie curva de corte de tal

manera que la masa deslizante origina un hundimiento cerca de la

cresta, mientras que se produce un abultamiento cerca del pie del

talud, Figura 6 (d).

Esparcimientos.- Son similares a deslizamientos traslacionales excepto

porque en este tipo de falla, los bloques se van separando y se mueven

simultáneamente hacia fuera, Figura 6 (e). Este modo de falla refleja el

movimiento producido en un estrato de suelo muy débil, y algunas veces

puede presentarse durante terremotos cuando una zona de suelo entra en

estado de licuefacción. Los esparcimientos ocurren en taludes de pendiente

moderada, y a menudo terminan en la orilla de los ríos. Estos pueden ser

muy destructivos, debido a que a menudo afectan a grandes áreas y

producen el movimiento de largas distancias.

32

D

CB

A

w

a

b

h

ED C

BA B

Flujo.- En este caso de movimiento la masa deslizante es alterada

internamente, moviéndose parcial o totalmente como un fluido. Los flujos

ocurren a menudo en suelos saturados débiles en los que la presión de

poros se ha incrementado lo suficiente como para producir una pérdida

general de la resistencia al cortante del suelo. No existe una superficie de

corte definida, Figura 6 (f)

(a) (b)

(c) (d)

Antes Después

(e) (f)

Figura 6: Tipos de movimientos de masa (a) Falla (b) Desprendimiento (c) Deslizamiento traslacional (d) Deslizamiento rotacional (e) Esparcimiento (f) Flujo. Fuente: Fratelli (1993)

Análisis de Estabilidad.

Cuando se realizan análisis de estabilidad de taludes, según Fratelli

(1993), pueden utilizarse métodos cualitativos o métodos cuantitativos. Estos

análisis requieren a menudo de la habilidad del ingeniero, necesitando

también la consideración de las condiciones presentes y las condiciones

33

futuras del talud. Para el análisis de fallas potenciales y derrumbamientos se

suelen utilizar métodos cualitativos y semi- cuantitativos, basándose éstos

principalmente en una evaluación geológica del lugar. Para

derrumbamientos, estos métodos podrían ser reemplazados por un método

de análisis límite cuantitativo. Sin embargo para el caso de flujos es

recomendable utilizar análisis semi- cuantitativos. (Fratelli, 1993)

Finalmente, los deslizamientos son favorablemente analizados por medio

de métodos cuantitativos que se basan en la evaluación de una superficie

potencial de falla a través de un factor de seguridad, este tipo de análisis es

ampliamente usado. Sin embargo, este autor, denota el énfasis realizado en

este método no significa que los deslizamientos son más importantes que

cualquier otro tipo de falla, ni tampoco significa que los análisis cualitativos

no son usados, sino por el contrario, debe tenerse en cuenta que una

adecuada evaluación de problemas de estabilidad requiere de la aplicación

de una amplia variedad de métodos y técnicas.

Haciendo uso de los métodos cuantitativos, la estabilidad de taludes

puede ser analizada usando uno o más de los siguientes métodos:

Método del análisis límite

Método de elementos finitos.

Método del equilibrio límite.

El método de análisis límite trabaja con modelos que consideran al suelo

como un material perfectamente plástico. Este método hace uso de las

características esfuerzo–deformación y de un criterio de falla para el suelo.

La solución de un análisis límite es una solución de borde inferior, es decir, la

solución obtenida es menor que la carga de colapso real.

34

El método de elementos finitos requiere la discretización del dominio del

suelo, y hace, de igual manera al anterior, uso de la característica esfuerzo-

deformación del suelo y de un criterio de falla utilizado, para identificar la

región de los suelos que han alcanzado un estado de esfuerzos de falla. El

método de elementos finitos no requiere de especulaciones a cerca de una

posible superficie de falla.

El método del equilibrio límite, debido a su simplicidad, es el más utilizado

para el análisis de estabilidad de taludes, este tipo de análisis requiere

información sobre los parámetros de resistencia del suelo y no así sobre la

relación esfuerzo-deformación; por otra parte, este método proporciona una

solución de borde superior, es decir, la solución encontrada es mayor que la

carga real de colapso. Según Fratelli (1993), durante el último siglo se han

desarrollado una serie de métodos basados en el método del equilibrio límite,

siendo las principales hipótesis de este método las siguientes:

Mecanismos de rotura con superficies de falla planas o curvas.

El cuerpo deslizante sobre la superficie de falla puede ser dividido en

un número finito de fragmentos, generalmente verticales.

La falla se produce cuando la resistencia al cortante a lo largo de la

superficie potencial de falla asumida iguala a la resistencia al cortante

del suelo; es decir cuando el factor de seguridad es igual a 1 1FS .

Se realizan suposiciones a cerca de las fuerzas interfragmentos con el

objetivo de volver al problema determinado.

El factor de seguridad se calcula a partir de las ecuaciones de

equilibrio de fuerzas y momentos. Este método supone que en el caso

de una falla, las fuerzas actuantes y resistentes son iguales a lo largo

de la superficie de falla 1FS .

35

d

fFS

Asume que el factor de seguridad calculado es constante en toda la

superficie de falla.

Además Suarez (2005), habla que en el método del equilibrio límite, el

análisis de estabilidad de taludes se basa fundamentalmente en la

determinación del factor de seguridad, que es de vital importancia en el

momento de realizar diseños racionales de taludes. Al elegir la manera de

determinar el factor de seguridad se debe tomar en cuenta la confiabilidad de

los resultados obtenidos. Por lo general, cuando la exploración del sitio es de

baja calidad, debe adoptarse un elevado factor de seguridad, considerando

por otra parte la experiencia que pudiera tener el ingeniero trabajando con

casos similares.

El factor de seguridad para el talud observado en la Figura 7 se define

como:

Donde:

f Resistencia al cortante promedio del suelo tan' c

d Resistencia al cortante promedio desarrollada a lo largo de la

superficie potencial de falla aed ddc tan'

a b

e

c d

Suelo despuésde la falla del talud

Figura 7: Falla de un talud. Fuente: Suarez (2005).

36

d

FS

tan

tan

d

cc

cFS

FSFS

c

cFS

c

tan

tan

'

'

Cuando se considera la diferenciación entre condiciones drenadas

(parámetros efectivos) y no drenadas (parámetros totales), aparecen factores

de seguridad respecto a la fricción y a la cohesión, respectivamente.

El factor de seguridad respecto a la fricción es:

El factor de seguridad respecto a la cohesión es:

De acuerdo a una de las hipótesis del método de equilibrio límite, la falla

se produce cuando 1FS , y esto ocurre sólo cuando FS es igual a cFS , y

ambos son iguales a 1.

Entonces, según el método de equilibrio límite, la falla ocurre cuando:

1 cFSFSFS

Al respecto, Suarez (2005), según otra de las hipótesis del método del

equilibrio límite, el factor de seguridad se calcula a partir de las ecuaciones

de equilibrio de fuerzas y momentos. Si se considera una superficie de falla

plana, Fig. 8, el factor de seguridad es determinado como la razón entre la

sumatoria de las fuerzas resistentes y la sumatoria de las fuerzas

movilizadoras. El factor de seguridad para este caso es:

Fuerzas

C

W

R

Figura 8: Definición del factor de seguridad según el método del equilibrio límite; Equilibrio de fuerzas.

Fuente: Suarez (2005)

37

resmobilizadoMomentos

sresistenteMomentosFS

Por otro lado si se considera una superficie de falla circular, Fig. 9, el

factor de seguridad es determinado como la razón entre la sumatoria de

momentos resistentes y la sumatoria de momentos mobilizadores, como se

indica a continuación:

x

W

c u

uc

uc

Radio = R

Plano de deslizamiento circular

Figura 9: Definición del factor de seguridad según el método del equilibrio límite; Equilibrio de momentos. Fuente: Suarez (2005)

Según Suarez (2005), para la determinación del factor de seguridad en el

análisis de estabilidad de taludes realizado en cortes o terraplenes, es

necesario considerar, tanto las condiciones inmediatas como las condiciones

a largo plazo; así también si la falla se produce en una superficie nueva de

deslizamiento o en una superficie de deslizamiento ya existente.

Para la elección de los parámetros de resistencia, a utilizarse en el diseño

de taludes, existen guías que ayudan a una elección adecuada de valores

que puedan conducir a la obtención de resultados confiables, sin dejar de

lado que existe la posibilidad de que uno se encuentre con problemas de

condiciones muy particulares, en los que el ingeniero debe aplicar su criterio

en el momento de la elección de estos valores. En tal sentido, estas guías se

basan principalmente en la consideración de que si la superficie de falla es

nueva o preexistente, y son presentadas a continuación:

38

Deslizamientos a lo largo de superficie preexistentes.- Este estado de

falla ocurre sólo cuando ya se han presentado grandes

desplazamientos. Los parámetros de resistencia residual deben ser

utilizados:

Condición no drenada: ruf c

Condición drenada: rf

'' tan

Deslizamiento a lo largo de una superficie nueva de falla.- En este

caso la superficie nueva de falla, se presenta debido a que la

resistencia pico o la resistencia última ha sido alcanzada. La elección

de los parámetros de resistencia se realiza en función a la historia de

preesfuerzo y a las condiciones de drenaje. De acuerdo a la historia

de preesfuerzo se tiene:

- Suelos normalmente consolidados y ligeramente sobreconsolidados,

entre los que se encuentran suelos de baja densidad y aquellos que

presentan más humedad que en su estado crítico. Los parámetros

de resistencia a utilizarse son:

Condición no drenada (resistencia pico): uf c

Condición drenada (resistencia crítica): cf

'' tan

- Suelos sobreconsolidados entre los que se encuentran suelos de

alta densidad y aquellos que presentan menos humedad que en su

estado crítico. En este tipo de suelos ocurren por lo general

deformaciones pequeñas y la resistencia pico es mayor a la

resistencia crítica. Se recomienda ser cuidadoso cuando las

deformaciones a producirse son desconocidas o difíciles de

predecir. Los parámetros de resistencia son:

39

Deformaciones pequeñas:

Condición no drenada (resistencia pico): uf c

Condición drenada (resistencia pico): ''' tan cf

Deformaciones desconocidas o difíciles de predecir:

Condición no drenada (resistencia crítica): uf c

Condición drenada (resistencia crítica): cf

'' tan

Arenas:

Más densas que en su estado crítico (resistencia pico):

'tan f

Menos densas que en su estado crítico (resistencia crítica):

cf

'tan

Taludes Infinitos.

El deslizamiento producido en un talud infinito es comúnmente descrito

por un movimiento traslacional que se lleva a cabo a lo largo de una

superficie plana, poco profunda y paralela a la superficie del talud.

Generalmente, una superficie de falla plana se presenta cuando por debajo

del talud existe un estrato de suelo duro. En este caso, se ignoran los efectos

de curvatura de la superficie de falla en la parte superior e inferior del talud.

De igual modo el autor, indica que para la determinación del factor de

40

A

B

r

rNR

L

a

d

FW

N

Tc

Tb

LF

d

fFS

'tan'' cf

seguridad en taludes infinitos se consideran dos posibles condiciones.

(Suarez, 2005)

Talud infinito sin flujo de agua.- Se considera la sección del talud

presentada en la Figura 10. Se espera que el talud observado falle a lo largo

de una superficie plana paralela a la superficie. Según el método de equilibrio

límite, el factor de seguridad para tal situación es:

La resistencia al cortante del suelo f , es:

Entonces 'c y ' son obtenidos de ensayos de laboratorio; mientras que

' está referido al valor de esfuerzos efectivos, es decir, u ' .

Para el caso de un talud sin flujo de agua, 0u , entonces ' .

Figura 10: Análisis de un talud infinito sin flujo de agua. Fuente: Suarez (2005)

De acuerdo a la Figura 10, la inestabilidad del elemento prismático de

longitud unitaria perpendicular al plano de la Figura es causada por el peso

del elemento:

Peso del elemento: LHW

41

tan

'tanFS

Al ser el peso una fuerza vertical, esta debe ser descompuesta en sus

componentes normales y cortantes al plano de deslizamiento. Luego, se

tiene:

Fuerza normal al plano de deslizamiento: cosWN

Fuerza cortante a lo largo del plano de deslizamiento: senWT

Entonces, el esfuerzo total normal es igual a la sumatoria de fuerzas

normales a la superficie de deslizamiento dividida por el área de la base del

talud 1cos

LA . Luego, se tiene:

1cos

cos

L

W

baseladeÁrea

N

1cos

sen

L

W

baseladeÁrea

T

Las reacciones a las fuerzas normales y cortantes debidas al peso, son

iguales y opuestas respectivamente, siendo éstas:

Reacción a la fuerza normal: NRNr cos

Reacción a la fuerza cortante: TRTr sen

Para un suelo granular 0c , y el factor de seguridad es:

Por tanto, en suelos granulares el FS es independiente de la altura del

talud y este es estable si . Sin embargo, si el suelo posee cohesión y

fricción, la profundidad a lo largo de la cual ocurre la falla, puede ser

determinada sustituyendo 1FS y crHH . Entonces, se tiene:

tantancos

12

c

H cr

42

d

fFS

LHW sat

Talud infinito con flujo de agua.- Se considera la sección del talud

presentada en la Figura 11, y se asume que existe flujo a través del suelo. La

posición del nivel freático coincide con la superficie. (Suarez, 2005).

Según el método de equilibrio límite, el factor de seguridad es:

Para estimar el valor del factor de seguridad del talud contra

deslizamiento a lo largo del plano AB , se considera nuevamente un

elemento prismático de longitud unitaria perpendicular al plano de la Figura

11. La inestabilidad de dicho elemento es causada por su propio peso, que

de manera análoga al caso anterior es:

De manera similar, las componentes normales y cortantes al plano de

deslizamiento son:

Fuerza normal a lo largo del plano de deslizamiento: cosWN

Fuerza cortante a lo largo del plano de deslizamiento: senWT

La resistencia al cortante del suelo f es: 'tan'' cf

Entonces 'c y ' son obtenidos de ensayos de laboratorio; mientras que

' está referido al valor de esfuerzos efectivos, es decir, u '

El valor de la presión de poros de agua whu capiezométrialtura . A

partir de la Figura 11 (b), la altura piezométrica h es:

2coscoscoscos HHefh

Finalmente la presión de poros de agua u es: 2cosHu w

(a)

43

d

a

b

c

H cosH

Líneaequipotencial

Línea de flujo

2

H cos

(b)

Figura 11. Análisis de un talud infinito con flujo de agua.

Fuente: Suarez (2005)

El valor del esfuerzo normal y el esfuerzo cortante en la base se

determinan de la misma manera que en el caso anterior, con la única

diferencia de que el peso específico utilizado en los cálculos es el peso

específico saturado. Luego, se tiene:

2

2

coscos

1cos

cosH

L

LH

L

W

baseladeÁrea

Nsat

sat

Entonces, el valor del esfuerzo efectivo en la ecuación es igual a:

22 coscos' HHu wsat

wsatH 2cos'

Las reacciones a las fuerzas normales y cortantes debidas al peso, son

iguales y opuestas respectivamente, siendo estas:

Reacción a la fuerza normal: NRNr cos

Reacción a la fuerza cortante: TsenRTr

Por otro lado, el esfuerzo cortante resistivo d que se desarrolla en la

base del talud es igual a:

44

1cos

sen

L

W

baseladeÁrea

Trd

Entonces, se tiene:

tan

'tan'

tancos

'2

satsatH

cFS

Donde:

wsat '

De la misma manera que para talud sin flujo de agua; para un suelo

granular 0c , y el factor de seguridad es:

tan

'tan'

sat

FS

Si el suelo posee cohesión y fricción, la profundidad a lo largo de la cual

ocurre la falla, puede ser determinada sustituyendo 1FS y crHH .

Entonces, se tiene: tancos'

sen

cH

sat

cr

Taludes Finitos.

Se considera a un talud como finito cuando la altura del talud tiende a la

altura crítica. Debe recordarse que el análisis de estabilidad para este tipo de

taludes se basa en el método del equilibrio límite plástico, por tanto, este

análisis considera que la falla ocurre cuando en el talud se origina un

deslizamiento en el que las deformaciones continúan incrementándose aún

cuando los esfuerzos permanezcan constantes. (Fratelli, 1993)

Segú el autor, para el análisis de estabilidad, es necesario definir: la

geometría de la superficie de deslizamiento, la masa del suelo que se mueve

a lo largo de esta superficie (considerado como cuerpo libre); sin dejar de

lado la comparación que debe realizarse entre la resistencia al cortante del

45

suelo y la resistencia al cortante desarrollada en la superficie de

deslizamiento. La Figura 12 muestra las distintas formas de superficies de

deslizamiento que existen. La forma más simple de estas, es la superficie

propuesta por Cullmann (1866), Figura 12(a), que considera un plano

infinitamente largo que pasa a través del pie del talud. (Fratelli, 1993)

(a)

W

(b)

Figura 12. Tipos de superficie de falla (a) Falla plana (b) Falla circular. Fuente: Fratelli (1993)

Superficie de Falla Plana.

En muchos casos, pueden desarrollarse grietas de tensión en la cresta

del talud. A su vez, en estas grietas puede evidenciarse la presencia de

agua, Figura 13. La estabilidad del talud para tal caso es determinada

considerando una superficie de falla plana. (Fratelli, 1993)

El factor de seguridad para una superficie de falla plana, es determinado

a partir del esquema observado en la Figura 13, haciendo uso del método del

equilibrio límite.

46

H

W

U

V zw

z

wz w

c'l

z w

A

B

f

p

Para este caso, además de las hipótesis expuestas, se considera:

Existe presión de agua y se producen grietas de tensión como se

observa en la Figura 13.

El talud tiene una longitud unitaria perpendicular al plano de la Figura

13.

No existe cizallamiento en los extremos del talud.

Las cargas no aplican momento neto.

A partir de la ecuación se tiene: 'tan'' cf

A partir de la Figura 13, la longitud del plano de falla es: peczHl cos

Las fuerzas a considerarse para el tipo de falla de la Figura 13 son:

pww eczHzU cos2

1

wwzV 2

2

1

fp

H

zHW cot1cot

2

12

2

Donde: U Fuerza debida a la presión del agua.

V Fuerza de empuje del agua en la grieta de tensión.

W Peso del bloque deslizante.

wz Altura de agua en la grieta de tensión.

z Profundidad de la grieta.

H Altura de la cara del talud.

f Inclinación del talud.

p Inclinación del plano de falla.

47

Figura 13. Superficie de falla. Fuente: Fratelli (1993)

La suma de las componentes de las fuerzas paralelas al plano de

deslizamiento AB tiende a producir el deslizamiento de la cuña:

Por sumatoria de fuerzas paralelas al plano, se tiene: pp VWF cossen

La fuerza máxima resistente que se desarrolla a lo largo del plano AB es:

tan' lclR

El esfuerzo efectivo ' es igual a: lull '

La fuerza efectiva que se produce en el plano de deslizamiento es igual a

l' . Luego, la fuerza total en el plano de deslizamiento es igual a:

pp VWl sencos

Y la fuerza originada por la presión de poros es igual a: Ulu

Luego, el factor de seguridad con respecto a la resistencia está dado por:

pp

pp

VW

UVWcl

F

RFS

cossen

tansencos

A partir de la ecuación, pueden ser derivadas las expresiones para

determinar el factor de seguridad de casos especiales, como se presenta a

continuación:

a) Talud seco de suelo granular. 0,0( VU y )0'c p

FS

tan

tan

El factor de seguridad es independiente de la altura del talud.

b) Corte vertical, seco sin grietas. 90y0,0,0 fzVU

48

Para este caso: pHl cosec , pHW cot

2

1 2 .

Entonces en la ecuación, se tiene: pp

p

H

HcFS

sencos

tancos'2 2

pp

cr

cH

sencos

cos'2

Para este caso, la altura crítica ocurre cuando

24

p .

c) En términos de esfuerzos totales. )0,'( ucc

pp

u

pp

pu

H

c

H

HcFS

seccosec

2

sencot2

1

cosec

2

El valor de la altura crítica es obtenido de manera similar al inciso (b), de

tal modo que:

ucr

cH

4 .

En términos de esfuerzos totales, la altura crítica ocurre cuando 4

p

Superficie de Falla Circular.

Para Fratelli (1993), aunque el análisis de equilibrio de cuerpo libre a

realizarse para el caso de falla plana es bastante simple, los resultados

obtenidos sólo son buenos para taludes casi verticales, ya que para los

demás casos se obtienen valores muy altos del factor de seguridad.

Sin embargo, Whitlow (1994), nombrado por Suarez (2005), afirma que

aunque la selección de una superficie más compleja como una espiral

49

logarítmica o una forma irregular produce resultados más cercanos al valor

real, el análisis requerido tiende a ser largo y tedioso. Por tal razón, los

análisis de estabilidad utilizados en la actualidad tienden a considerar a la

superficie de deslizamiento como una superficie cilíndrica que presenta la

forma de un arco circular en su sección transversal.

Cuando se considera una superficie de deslizamiento circular, el círculo

de falla puede tener distintas formas, recibiendo cada una las siguientes

denominaciones:

Círculo de pie.- Ocurre cuando al producirse la falla, el círculo de falla

pasa por el pie del talud. Se denomina falla de talud cuando la

superficie de deslizamiento interseca al talud en o arriba de su pie.

Círculo de talud.- Ocurre cuando al producirse la falla, el círculo de

falla pasa por encima de la punta del talud.

Círculo de medio punto.- Ocurre al producirse una falla de base. La

falla de base se caracteriza porque la superficie de deslizamiento pasa

a cierta distancia debajo del pie del talud.

Según Suarez (2005), el análisis de estabilidad cuando se considera una

superficie de deslizamiento circular, puede ser llevado a cabo a través de dos

métodos:

Método de masas que es un método muy útil cuando se considera que

el suelo que forma el talud es homogéneo. En este método, la masa

de suelo que se encuentra sobre la superficie deslizante es tomada

como una unidad.

Método de los fragmentos en el que la masa de suelo que se

encuentra sobre la superficie de deslizamiento es dividida en varios

fragmentos verticales. La principal ventaja de este método es que en

50

5

4

3

2

10 1 2 3

D

n

su aplicación pueden considerarse efectos tales como la

heterogeneidad de los suelos, la presión de poros del agua y tomar en

cuenta esfuerzos normales que se presentan en la superficie de falla.

Método del Círculo de Fricción para Suelos '' c con 0u . Este

método es muy usado en suelos homogéneos donde 0 , de tal manera

que la resistencia al cortante dependa de los esfuerzos normales. Este

método puede ser utilizado cuando se desea considerar en los cálculos tanto

las componentes cohesivas como las de fricción. El método intenta satisfacer

la condición de equilibrio completo, asumiendo la dirección de la resultante

de las fuerzas de fricción y normales, F , que actúa en la superficie de falla.

La superficie de falla se produce una vez que se haya movilizado la

fricción total; por tanto la línea de acción de la resultante F forma un ángulo

con la normal al arco de deslizamiento AC ; siendo esta línea de acción

tangente al círculo de fricción cuyo radio es igual a senr .

Figura 14:. Localización del círculo de medio punto Fuente: Suarez (2005)

51

O

n'

1

Figura 15: Localización del centro de los círculos críticos de punta para 53

Fuente: Suarez (2005)

Tabla 2: Localización del centro de los círculos críticos de punta para 53 (Das, 1997).

n' [°]

1,0 45 28 37

1,5 33,68 26 35

2,0 26,57 25 35

3,0 18,43 25 35

5,0 11,32 25 37

Fuente: Suarez (2005)

Esta suposición es equivalente a decir que la resultante de todas las

fuerzas normales que actúan en la superficie de deslizamiento se concentra

en un punto, hecho que garantiza la obtención del factor de seguridad más

bajo. (Suarez, 2005)

Las fuerzas a tomarse en cuenta son las siguientes, Figura 16:

52

c + tan' f

O

B C

W

C

H

F

A

r

a

r sen

d

r

dC

ddC

Cd

F

W

La fuerza debida al peso de la cuña de suelo )( ABCdeAreaW

dC que es la fuerza resultante de los esfuerzos cortantes cohesivos

que actúan en la superficie de deslizamiento AC . Esta fuerza actúa

paralela a la dirección de la cuerda AC . La distancia a de la fuerza

dC al centro del círculo O es determinada tomando momentos entre la

resultante dC y la fuerza de cohesión cortante distribuida dc ,

obteniéndose: r

AC

AC

C

rACarcoca

d

d

La fuerza F es la resultante de las fuerzas normal y de fricción que

actúan a lo largo de la superficie de deslizamiento.

(a)

(b)

Figura 16. Análisis de taludes en suelos homogéneos con 0 .

Fuente: Suarez (2005)

53

Para que se cumpla la condición de equilibrio, F debe pasar por el punto

de intersección de las fuerzas W y dC . Luego, las direcciones de W , dC y F

al igual que la magnitud de W son conocidas; pudiendo dibujarse el polígono

de fuerzas mostrado en la Figura 16 (b).

La magnitud de dC se encuentra a través del polígono de fuerzas,

mientras que el valor de la cohesión dc es determinado a través de la

siguiente expresión: AC

Cc d

d

Posteriormente se realizan varias pruebas, hasta obtenerse la superficie

crítica de deslizamiento, a lo largo de la cual el valor de dc es máximo.

Luego ,,,fHcd . Cuando el equilibrio límite es alcanzado,

crHH y ccd .Entonces, el número de estabilidad m se halla definido de

la siguiente manera:

,,,fH

cm

cr

Para la determinación de m , Taylor proporciona una serie de gráficas,

estando todas ellas en función de y . El procedimiento a seguirse es un

procedimiento iterativo.

Cartas de Cousins para suelos '' c con 0u . El método de Cousins

(1978) es una variación al método del círculo de fricción de Taylor que se usa

para analizar la estabilidad de taludes construidos en suelos homogéneos.

Este método toma en cuenta el efecto de la presión de poros de agua

ocasionada por el flujo. (Fratelli, 1993)

Las cartas de Cousins los parámetros utilizados en la elaboración de

estas cartas, se detallan a continuación:

Altura del talud H .

54

Función de profundidad D .

Peso unitario del suelo .

Parámetros efectivos de resistencia al corte del suelo '' c .

Coeficiente de presión de poros de agua ur . La manera de

determinación y las consideraciones a tomarse para la obtención de ur

serán desarrolladas en apartados posteriores.

'

'tan''

c

Hc

Factor de estabilidad, sN . 'c

FSHN s

El valor de ur a utilizarse debe ser el valor promedio que se presenta a lo

largo de toda la superficie de deslizamiento. Para la determinación del

mínimo factor de seguridad se recomienda realizar verificaciones tanto para

círculos de pie como para círculos con distintas funciones de profundidad.

Método de Bishop & Morgenstern.

El método desarrollado por Bishop & Morgenstern (1960) involucra el uso

de coeficientes de estabilidad de una manera similar al método de Taylor,

con la diferencia de que este método trabaja con esfuerzos efectivos. La

determinación del factor de seguridad depende de cinco variables que se

enuncian a continuación:

Ángulo de inclinación del talud .

Factor de profundidad D (definido de la misma manera que en el

método de Taylor).

55

Ángulo de resistencia al cortante ' .

Parámetro no dimensional H

c

Coeficiente de presión de poros ur .

El coeficiente de presión de poros en el n-ésimo fragmento nur es una

cantidad adimensional y se halla definido por la siguiente expresión:

n

nw

n

n

nuz

h

z

ur

La ecuación considera una condición de infiltración con flujo establecido,

por tanto, se adopta un valor promedio de nur . Este valor promedio debe ser

constante y se denomina ur .

El valor del factor seguridad puede ser determinado a partir de la

ecuación de la siguiente manera: urnmFS ''

Donde:

'' nym Coeficientes de estabilidad.

La Tabla 3 presenta valores de 'm y 'n para varias combinaciones de

H

c

, D , y ' .

Finalmente el factor de seguridad es determinado siguiendo los siguientes

pasos:

Obtener ' , y H

c

.

Obtener ur (valor promedio).

De la Tabla 3, obtener 'm y 'n para 50.125.1,1 yD

56

Con los valores de 'm y 'n ; determinar el factor de seguridad para

cada valor de D .

El factor de seguridad requerido FS , es el menor valor de los

obtenidos en el paso anterior.

Tabla 3(a).

m' n' m' n' m' n' m' n'

10 0.353 0.441 0.529 0.588 0.705 0.749 0.882 0.917

12.5 0.443 0.554 0.665 0.739 0.887 0.943 1.109 1.153

15 0.536 0.67 0.804 0.893 1.072 1.139 1.34 1.393

17.5 0.631 0.789 0.946 1.051 1.261 1.34 1.577 1.639

20 0.728 0.91 1.092 1.213 1.456 1.547 1.82 1.892

22.5 0.828 1.035 1.243 1.381 1.657 1.761 2.071 2.153

25 0.933 1.166 1.399 1.554 1.865 1.982 2.332 2.424

27.5 1.041 1.301 1.562 1.736 2.082 2.213 2.603 2.706

30 1.155 1.444 1.732 1.924 2.309 2.454 2.887 3.001

32.5 1.274 1.593 1.911 2.123 2.548 2.708 3.185 3.311

35 1.4 1.75 2.101 2.334 2.801 2.977 3.501 3.639

37.5 1.535 1.919 2.302 2.558 3.069 3.261 3.837 3.989

40 1.678 2.098 2.517 2.797 3.356 3.566 4.196 4.362

Coeficientes de estabilidad para taludes de tierra.

Talud 2:1 Talud 3:1 Talud 4:1 Talud 5:1

Fuente: Suarez (2005)

Tabla 3(b). Coeficientes de estabilidad m’

m' n' m' n' m' n' m' n'

10 0.678 0.534 0.906 0.683 1.130 0.846 1.365 1.031

12.5 0.790 0.655 1.066 0.849 1.337 1.061 1.620 1.282

15 0.901 0.776 1.224 1.014 1.544 1.273 1.868 1.534

17.5 1.012 0.898 1.380 1.179 1.751 1.485 2.121 1.789

20 1.124 1.022 1.542 1.347 1.962 1.698 2.380 2.050

22.5 1.239 1.150 1.705 1.518 2.177 1.916 2.646 2.317

25 1.356 1.282 1.875 1.696 2.400 2.141 2.921 2.596

27.5 1.478 1.421 2.050 1.882 2.631 2.375 3.207 2.886

30 1.606 1.567 2.235 2.078 2.873 2.622 3.508 3.191

32.5 1.739 1.721 2.431 2.285 3.127 2.883 3.823 3.511

35 1.880 1.885 2.635 2.505 3.396 3.160 4.156 3.849

37.5 2.030 2.060 2.855 2.741 3.681 3.458 4.510 4.209

40 2.190 2.247 3.090 2.993 3.984 3.778 4.885 4.592

Coeficientes de estabilidad para taludes de tierra.

Talud 2:1 Talud 3:1 Talud 4:1 Talud 5:1

Fuente: Suarez (2005)

57

Niveles y Presiones de Agua.

Cuando el análisis de estabilidad realizado en un talud considera

condiciones drenadas, es necesario efectuar un análisis de esfuerzos

efectivos en el que se incluya el efecto de la presión de poros debida al flujo

de agua al interior del talud. La presión de poros es usualmente estimada a

partir de uno de los siguientes métodos. (Fratelli, 1993):

Superficie freática.

Superficie piezométrica.

Coeficiente de presión de poros ur .

Superficie Freática.

Cuando se trabaja en dos dimensiones, esta superficie o línea, está

definida por el nivel freático libre y puede ser delineada en campo a través de

pozos de monitoreo. Luego, una vez que la superficie freática ha sido

definida, la presión de poros puede ser calculada considerando una

condición de flujo en estado estático. Este cálculo se halla basado en la

suposición de que todas las líneas equipotenciales son rectas y

perpendiculares al segmento de la superficie freática que se encuentra

pasando a través del fragmento. (Casteletti, 1991).

Superficie Piezométrica.

Así mismo, el autor mencionado arriba, describe que la superficie

piezométrica es definida para el análisis de una sola superficie de falla.

Generalmente, la determinación de esta superficie es realizada para analizar

taludes que ya han alcanzado la falla. Debe notarse claramente, que la

58

superficie piezométrica es distinta a la superficie freática, por tanto los

valores obtenidos de la presión de poros son diferentes en ambos casos. La

Figura 17 muestra una superficie piezométrica a partir de la cual puede ser

calculado el valor de la presión de poros. Para este cálculo, la carga de

presión de poros es igual a la distancia vertical entre la base del fragmento y

la superficie piezométrica wh .

hw

Fragmento

piezométricaSuperficie

Carga de presiónde poros de agua

w(h )

Figura 17: Cálculo de la carga de presión de poros para una superficie piezométrica específica. Fuente: Casteletti, (1991)

Coeficiente de presión de poros ur . La determinación del coeficiente de

presión de poros ur es un método simple que permite normalizar el valor de

la presión de poros. Este coeficiente es hallado mediante la siguiente

expresión:

uru

Donde:

u Presión de poros de agua

Esfuerzo vertical total determinado en la sub-superficie de suelo.

La mayor dificultad que se presenta en el cálculo de ur es la asignación

de los parámetros de resistencia a diferentes partes del talud, haciéndose

por lo general necesario el subdividir el talud en varias regiones. Para la

determinación de los coeficientes de estabilidad en el análisis de estabilidad

59

de taludes a través de cartas, se utiliza un valor promedio de ur . Este puede

ser obtenido con los procedimientos a seguir:

Dividir el suelo en franjas de igual ancho, como se observa en la

Figura 18.

Dividir cada franja verticalmente en tres fracciones iguales.

Graficar las líneas isóbaras de ur .

El valor promedio de ur es obtenido para la zona de fragmento

elegida. La elección es realizada de acuerdo al siguiente criterio, Fig.

18:

- Para modos de falla superficiales, usar los tercios superiores.

- Para fallas generales, usar los tercios medios.

Para modos de falla en cimientos: usar los tercios inferiores y

los fragmentos del pie y la cresta.

Se pueden obtener valores zonales de ur a través de la Figura 7.28.

Una vez obtenido el valor promedio de ur para la zona elegida de

cada fragmento, el valor total promedio de ur es igual a:

A

rAr

u

u

Donde:

A Área de la zona de fragmento elegida.

d

d

d

r = 0

0.1

0.2

0.3

0.4

Falla superficial

Falla general

Falla de fundación

u

Figura 18. Determinación del coeficiente de presión de poros. Fuente: Casteletti, (1991)

60

Topografía y Estabilidad

Según Crespo (2005), Los mapas topográficos representan una excelente

mente de información para la detección de deslizamientos y, algunas veces,

se puede identificar en ellos grandes áreas de deslizamiento. En los mapas

topográficos, la escala y el intervalo de las curvas de nivel facilitan la

identificación de los deslizamientos. Esta identificación se puede llevar a

cabo mediante:

1. Características topográficas evidentes, por ejemplo, pendientes

empinadas (curvas de nivel con poco espaciamiento) en el escarpe de un

deslizamiento, topografía con pequeñas elevaciones o montículos dentro de

la masa deslizante (curvas de nivel que siguen un patrón irregular y no

simétrico con depresiones poco profundas), presencia de masa separada y

características de flujo en la parte baja.

2. Curvas de nivel onduladas, vías locales dañadas con niveles desiguales y

otros lineamientos superficiales tales como líneas de transmisión o cercas.

3. Movimientos menores o irregularidades en zonas de pendientes

empinadas, acantilados, bancos, áreas de concentración de drenaje, etc. La

identificación de deslizamientos en mapas topográficos se verá ayudada por

la escala y el intervalo de las curvas de nivel en el mapa.

Efecto de la Resistencia del Suelo y la Pendiente del Talud

Según Crespo (2005), menciona que el suelo tiene dos comportamientos

básicos ante la aplicación del esfuerzo cortante. Uno, a través de la fricción

intergranular de las partículas que lo integran y la otra por medio de fuerzas

61

que unen a las partículas entre sí. La primera se llama también condición

drenada o a largo plazo y la segunda, condición no drenada o a corto plazo.

Así mismo este mismo autor, destaca que es importante destacar que el

valor de la resistencia no drenada del suelo, (Su), se puede determinar

mediante diferentes procedimientos, tales como el penetrómetro de bolsillo,

la veleta de campo, ensayos de compresión sin confinamiento y ensayos

triaxiales. Cada uno de estos ensayos impone una condición distinta de

esfuerzo en el suelo y, por lo tanto, la resistencia obtenida también debería

serlo. Este parámetro es afectado por el tamaño de la muestra, por lo que es

recomendable realizar los ensayos con la mayor cantidad de material

posible, sobre todo cuando se trata de arcillas preconsolidadas con

tendencia a desarrollar discontinuidades dentro de su estructura.

Los resultados permitirán que el ingeniero tomar decisiones con mejor

información acerca del riesgo de inestabilidad de taludes pero no

representan un análisis riguroso del riesgo, ya que no se incorporan factores

como las grietas de tensión y las superficies de falla preexistentes, las cuales

deben ser investigadas si se quiere un análisis más detallado.

Pluviosidad

Ramírez (1999), denota que la pluviosidad tiene un efecto primordial en la

estabilidad de los taludes ya que influencia la forma, incidencia y magnitud

de los deslizamientos. En suelos residuales, generalmente no saturados, el

efecto acumulativo puede llegar a saturar el terreno y activar un

deslizamiento. Con respecto a la pluviosidad hay tres aspectos importantes:

62

a) el ciclo climático en un período de años, por ejemplo, alta precipitación

anual versus baja precipitación anual;

b) la acumulación de pluviosidad en un año determinado en relación con la

acumulación normal;

c) intensidad de una tormenta específica.

Los resultados del estudio indican que la acumulación de precipitación

causa un incremento en la saturación del terreno que eleva el nivel freático,

por lo tanto, una tormenta durante la estación seca o al comienzo de la

estación húmeda tendría un efecto menor en la estabilidad del talud que una

tormenta de la misma intensidad el final de la estación húmeda.

La Cuenca Tributaria de un Talud

Para Ramírez (1999), describe que la cuenca tributaria corresponde al

área que proporciona agua a un talud, la cual determina la cantidad de agua

de escorrentía que en el momento de una lluvia puede afectar su estabilidad

y está directamente relacionada con la geometría del talud. El tamaño, la

forma, y la cobertura vegetal de la cuenca tributaria, afectan la cantidad de

agua de escorrentía y sus características de concentración. Las

características de la cuenca tributaria pueden depender la cantidad de agua

infiltrada y la posibilidad de erosión de la superficie del talud. En algunos

casos se ha logrado estabilizar taludes sujetos a erosión, con la construcción

de una zanja de coronación que controle el agua proveniente de la cuenca

tributaria. En el estudio de una cuenca tributaria se debe tener en cuenta

entre otros los siguientes factores:

63

1. Direcciones a lo largo de las cuales el agua se concentra formando

corrientes.

2. Carácter predominante de la vegetación que la cubre.

3. Extensión de la cuenca tributaria.

4. Cálculo aproximado de las cantidades de agua que la cuenca le aporta al

talud.

La extensión de una cuenca puede deducirse fácilmente de mapas o

aproximadamente de la inspección ocular del talud, su magnitud se expresa

normalmente en hectáreas. Para la caracterización de la cuenca tributaria de

un talud se recomienda elaborar un plano indicando la localización de las

corrientes de agua superficial.

Según Martínez (2005), define los objetivos del estudio a realizar

marcaran la elección del intervalo de tiempo y sus características, a utilizar

para calcular el volumen de agua precipitado sobre la cuenca. Generalmente

el cálculo se utiliza para la precipitación media de toda la serie considerada,

para la media de una secuencia seca representativa, para la media de una

sección húmeda representativa, para el año más seco del periodo y para el

año más húmedo del periodo.

A escala de cuenca se considera como año más seco del periodo al año

con menor precipitación en el mayor número de estaciones pluviométricas, y

como año más húmedo al de mayor precipitación en el mayor número de

estaciones. El volumen de agua precipitado en el intervalo de tiempo

seleccionado se calcula, en litros, multiplicando la precipitación en mm por el

área de la cuenca en m2. Como se suele tener una cifra muy elevada, se

suele expresar en hm3 (1 hm3 = 106 m3 = 109 L).

Los métodos clásicos para calcular el volumen de agua precipitado sobre

una cuenca son tres:

Media aritmética.

64

Polígonos de Thiessen.

Isoyetas.

El método de la media aritmética calcula la precipitación sobre la cuenca

como la medida aritmética de la precipitación de todas las estaciones para el

periodo de tiempo considerado, es un método rápido que proporciona

buenos resultados cuando existe una homogeneidad climática en la cuenca,

puesto que da el mismo peso a la precipitación de todas las estaciones.

Fuera de estos casos suele utilizarse para estimar en una primera

aproximación el orden de magnitud del volumen de agua originado por la

precipitación.

El método de polígonos de Thiessen es en esencia una media

ponderada. A cada estación pluviométrica se le signa un área de influencia

delimitada por un polígono que se obtiene de la siguiente manera:

a) Se realiza una triangulación de la cuenca uniendo cada estación

pluviométrica con las adyacentes a ella. Se trazan las mediatrices

(perpendiculares por el punto medio) de cada uno de los lados del

triangulo dibujado. Estas mediatrices definen una serie de polígonos y

cada uno de ellos encierra en su interior una estación pluviométrica.

Se supone que la precipitación medida en esa estación define la del

área del polígono asociado a ella.

b) Se multiplica la precipitación en cada estación por el área de su

polígono asociado, obteniéndose el volumen de agua precipitado en

cada polígono. La suma de todos estos volúmenes es el volumen total

precipitado en la cuenca. Si se quiere dar el equivalente en mm basta

dividir el volumen total precipitado por la superficie total en la cuenca

en las unidades correspondientes.

65

Profundización de los Cauces

La mayoría de las corrientes de montaña intermedias se encuentran en

equilibrio dinámico, la cual según Chow (1994) se presenta en ríos o

cañadas con un canal único por el cual fluye toda la descarga y ocurre

transporte de sedimentos. En el momento de una avenida se produce un

fenómeno de socavación general que equivale a la remoción momentánea

de sedimentos del fondo del cauce, los cuales son transportados río abajo, al

disminuir la descarga se produce la sedimentación de materiales que el río

trae de los sectores aguas arriba, con un resultado de equilibrio en el cual los

sedimentos transportados por socavación son restablecidos por el proceso

de sedimentación y la sección general del río no sufre cambios importantes,

aunque su sección transversal puede variar, permanece prácticamente igual

cuando se le mide en la misma época año tras año.

Erosión

Según Fratelli (1993), detalla que la erosión puede ser causada por

agentes naturales y humanos. Entre los agentes naturales se pueden incluir

el agua de escorrentía, aguas subterráneas, olas, corrientes y viento. La

erosión por agentes humanos incluye cualquier actividad que permite un

incremento de la velocidad del agua, especialmente en taludes sin

protección, como la tala de árboles u otro tipo de vegetación que ayuda a fijar

el suelo y mejorar la estabilidad del talud. Este puede causar la pérdida de

soporte de fundación de estructuras, pavimentos, rellenos y otras obras de

ingeniería. En terrenos montañosos, incrementa la incidencia de taludes

inestables y puede resultar en la perdida de vías u otras estructuras.

66

Este mismo autor, puntualiza que la sedimentación y arrastre de aluviones

son otros efectos importantes de la erosión que en los lagos o embalses

incrementan la turbidez de las aguas y crean un peligro para la vida acuática,

contaminan el agua potable y reducen la capacidad de almacenamiento de

los embalses y por tanto su vida útil. Para ello existen ciertos procedimientos

para controlar la erosión y sedimentación. En bancos de ríos y canales, la

protección se puede proveer con estructuras de retención, revestimiento de

concreto y cascajo. En taludes, la protección consiste en:

a) sembrar vegetación de rápido crecimiento además de instalar un sistema

de control del drenaje superficial;

b) instalar fajinas en la dirección transversal del talud, las cuales se pueden

sujetar con estacas;

c) sellar las grietas superficiales con concreto, suelo o asfalto para prevenir la

infiltración, lo cual reduce la erosión.

Los efectos erosivos relacionados con la explotación de materiales del

cauce en corrientes de alta montaña se pueden resumir en la siguiente

forma:

a. Aguas Abajo del sitio

Disminuye la sedimentación produciéndose una profundización de la

sección del cauce. Este proceso es debido a que la corriente posee menos

sedimentos para depositar. De acuerdo con Kumar y Soni (1989) al

disminuirse la oferta de sedimentos se produce una degradación del canal de

la corriente, modificándose algunos parámetros hidráulicos. La escasez de

los sedimentos de grava y arena para reemplazar los removidos por el

proceso normal de socavación del cauce produce cambios en la gradación

del lecho, predominando los tamaños grandes, lo cual produce una armadura

67

de protección (Armour) mediante la cual el cauce trata de autoprotegerse

contra la erosión. Sin embargo en las avenidas multianuales se puede

producir la socavación de esta armadura de sobretamaños, generándose una

profundización permanente de la corriente.

b. Aguas arriba del sitio

Al profundizarse el cauce por acción humana o por efectos de

desequilibrios geológicos o hidráulicos, la pendiente promedio longitudinal

del cauce se hace mayor, aumentándose las velocidades y el poder de

socavación. Igualmente se profundiza el cauce en el nivel de aguas mínimas.

Al mismo tiempo la excavación de materiales genera una grada o cambio

brusco de pendiente, y el río trata de alcanzar una nueva pendiente de

equilibrio, disminuyéndose con el tiempo la profundización del cauce en las

áreas cercanas a la explotación pero generando procesos de profundización

a distancias grandes aguas arriba. Este proceso puede durar varios años y

adicionalmente los procesos de erosión pueden modificar las características

de los sedimentos, lo cual puede producir factores adicionales de

desequilibrio.

Así mismo Fratelli (1993), especifica que la profundización del cauce

aumenta la altura de los taludes semiverticales de los bordes o riberas

generándose esfuerzos en las masas de suelo, los cuales pueden producir

deslizamientos. El material de las riberas es generalmente, más variable que

el del lecho y en muchos casos posee cohesión importante y por esta razón

es difícil de predecir su comportamiento al producirse la profundización del

cauce.

Erosión Lateral en un Cauce

La erosión de la ribera se puede producir de tres formas:

- Remoción de partículas por acción de la corriente.

- Fallas secuenciales de segmentos pequeños de material.

68

- Fallas de masas individuales grandes de suelo.

En el mismo orden de ideas, este autor, describe un mecanismo de falla

en el cual se generan esfuerzos de cortante a lo largo de unas superficies, de

acuerdo a las teorías de equilibrio límite de la mecánica de suelos y define

una profundización crítica que puede producir un deslizamiento. La erosión

de la ribera ocurre tanto en los tramos rectos como en los tramos curvos y

este efecto se extiende a las corrientes tributarias aguas arriba del sitio de la

explotación de materiales. El volumen total de material erosionado depende

de la longitud de la corriente, su forma, pendiente y características

geotécnicas del lecho y de los taludes de las riberas. En las corrientes que

tienen grandes longitudes, la profundización del cauce puede producir

decenas de millones de metros cúbicos de erosión en las riberas.

Licuefacción debido a Acciones Sísmicas

La mayoría de las fallas de los taludes durante sismos se debe según

Fratelli (1993), al fenómeno de licuefacción en suelos no-cohesivos, sin

embargo, también se han observado fallas en suelos cohesivos durante

algunos eventos sísmicos de gran magnitud. La licuefacción es un fenómeno

que consiste en una caída brusca de resistencia al corte de un suelo granular

en condiciones no drenadas, la cual puede ser activada por la repetida

aplicación de pequeños incrementos o decrementos de esfuerzos de corte

inducidos por vibraciones del terreno asociadas con terremotos o

explosiones. La pérdida de resistencia es de tal magnitud que

momentáneamente el suelo alcanza la consistencia de un fluido pesado y se

originan grandes deformaciones.

69

Los fenómenos de licuefacción se han observado según expresado por

Vide (2006), generalmente en depósitos aluviales recientes compuestos por

granulares, como los que se encuentran típicamente en los deltas o zonas de

inundación de ríos y lagos. Los parámetros más relevantes en la evaluación

del potencial de licuefacción son:

1. la granulometría (tamaño, gradación y forma de granos);

2. La densidad relativa del depósito.

Estas características son determinadas por el método de deposición, la

edad geológica y la historia de esfuerzos del depósito.

Las arenas finas limpias y las arenas limosas no-plásticas que contienen

menos de 10% de finos son las más susceptibles a la licuefacción porque

tienen la tendencia a depositarse de manera suelta y presentan una

permeabilidad baja para impedir el drenaje durante las vibraciones del

terreno.

En general, los materiales con un coeficiente de uniformidad Cu (definido

como el tamaño de 60% de los granos más finos del depósito) entre 2 y 5 y

un tamaño promedio dado por el D50 que varía entre 0,02 mm y 2,0 mm son

los más propensos a la licuefacción, que se muestran en la figura 19.

70

Figura 19: Granulometrías límites de los suelos potencialmente licuables Fuente: Vide (2006).

Caracterización del Talud Mediante Ensayos

En aquellos lugares identificados como más propensos a la inestabilidad,

según lo descrito anteriormente, deberá obtenerse información adicional para

caracterizar mejor el subsuelo y conocer los parámetros que sirvan de base

para el análisis y solución del problema. (Fratelli, 1993)

La obtención de información consta de tres fases.

En la primera fase se debe recopilar la información disponible acerca del

sitio de estudio, desde relatos de eventos pasados por parte de los

lugareños, hasta estudios geológicos y geotécnicos previos, incluidos los

planos topográficos, pluviosidad y sismicidad de la zona.

La segunda fase es el trabajo de campo en el cual se ejecutan ensayos

en el sitio y se obtienen muestras de suelo.

La tercera fase consiste en el trabajo de laboratorio para determinar las

propiedades y características del material mediante ensayos de

caracterización y resistencia.

71

Perforaciones

Zegarra (2007), expresa que los objetivos principales de las perforaciones

son definir la litología del área de estudio y tomar muestras para su posterior

análisis en el laboratorio. Así mismo, el número y ubicación de las

perforaciones a realizar en un estudio dependen del tamaño y forma del área

considerada. Los criterios para determinar estas dos características básicas

varían considerablemente, sobre todo en áreas planas. En el caso de taludes

es recomendable hacer un mínimo de tres perforaciones; este número se

puede incrementar dependiendo del tamaño del talud. Se puede hacer una

perforación en la cresta con una profundidad aproximada de 1,5 veces la

altura del talud, otra hacia la mitad del talud con una profundidad comparable

con la altura de ese talud y una última al pie del mismo con una profundidad

aproximada de 1/3 de la altura mencionada (figura 20).

Figura 20: Ubicación de las perforaciones

Fuente: Zegarra (2007)

Calicatas

Casteletti (1991) expresa que mediante las calicatas, método de

exploración más superficial que el anterior, es posible tomar muestras más

72

voluminosas de material para tener una vista “interna” del suelo y detectar

posibles planos de falla (sobre todo en materiales arcillosos). Estas calicatas

generalmente se excavan a mano y miden 1,5 x 1,5 x 2,0 metros de

profundidad, aunque también puede utilizarse procedimientos mecánicos.

Ensayos de Campo

En el campo se busca obtener la mayor cantidad de información posible.

Para lograr este objetivo es necesario realizar los ensayos que mejor se

relacionen con el suelo en cuestión, ya que a partir de ellos y mediante

correlaciones desarrolladas a lo largo del tiempo se pueden inferir ciertas

propiedades de los materiales en estudio. Algunos de los ensayos para la

caracterización de suelos son:

- Prueba de penetración estándar - SPT (ASTM-1586): La información que

provee este ensayo permite determinar la densidad relativa de los suelos

granulares y la consistencia de los suelos cohesivos.

- Prueba de penetración de cono - CPT (ASTM D-3441): Este ensayo permite

medir la resistencia a la penetración en el subsuelo, tanto de la parte inferior

del cono como en las paredes de una extensión cilíndrica al mismo.

Ensayos de Laboratorio

Para Casteletti (1991), en el laboratorio se busca identificar el tipo de

material con el que se está tratando y establecer los parámetros del suelo

(resistencia) requeridos para los análisis posteriores.

73

a) Ensayos de Clasificación

Lo primero que se debe realizar en el laboratorio es identificar

visualmente las muestras de suelo de las perforaciones y calicatas para

prever el tipo y número de ensayos posteriores. A continuación se identifican

los ensayos más frecuentes para clasificar suelos:

- Granulometría por tamizado: para determinar la proporción del tamaño de

las partículas que componen dicha muestra.

- Hidrómetro: tiene el objetivo determinar la distribución del agua dentro de la

muestra.

- Límites de Atterberg: se definen arbitrariamente y determinan el contenido

de humedad del suelo en diferentes estados.

- Peso unitario: para medir el peso del suelo en un determinado volumen.

- Gravedad específica: para medir la densidad de las partículas que

componen el suelo.

b) Ensayo de Resistencia

Los ensayos de resistencia tienen por finalidad estimar la resistencia del

suelo. Para estimar la resistencia no drenada del suelo se utilizan ensayos

como el penetrómetro y la veleta de bolsillo (también pueden ser realizados

en campo) y los ensayos no drenados con y sin confinamiento en la cámara

triaxial (más costosos). En el caso de la resistencia drenada del suelo

también se puede utilizar la cámara triaxial con velocidades más bajas de

aplicación de las cargas y el ensayo de corte directo. Este último

generalmente se reserva para los materiales granulares. (Casteletti, 1991)

74

Muestreo

En tal sentido, este autor, puntualiza que el muestreo en las perforaciones

depende del material que se consiga y del grado de precisión de los datos

geotécnicos. Los tres métodos de muestreo más usados en la investigación

geotécnica son los siguientes:

· Muestreadores de penetración percusiva: tales como la cuchara partida

utilizada en el ensayo de SPT. Con estos muestradores se pueden tomar

muestras de la gran mayoría de los suelos.

· Muestreadores de penetración por presión aplicada: tales como el

muestreador de pistón y el tubo Shelby (perturbación reducida), usados para

recuperar materiales cohesivos de baja consistencia a medianamente alta.

· Muestreadores de penetración rotacional: tales como el tubo doble

Dennison (diseñado especialmente para arcillas duras) y los que usan brocas

de alta resistencia para perforar roca y suelos con cierto grado de litificación.

Instrumentación

Este autor señala que en el estudio de taludes, la inestabilidad puede

detectarse mediante instrumentos que se colocan en el subsuelo. Estos

instrumentos, con el tiempo, revelarán ciertas características del talud que

complementarán la información de los ensayos de campo y de laboratorio.

Estos instrumentos son:

· Inclinómetros: establecen la posición de la superficie de falla de un

deslizamiento.

75

· Piezómetros: miden la presión de agua intersticial que hay en un

determinado nivel del subsuelo. El piezómetro de boca abierta es el más

sencillo de todos y es el que se usa de preferencia en suelos granulares de

alta permeabilidad. Existen piezómetros más complicados como los de hilo

vibratorio y los neumáticos, recomendables para suelos cohesivos de baja

permeabilidad.

La estabilidad de un talud natural de corte o relleno comúnmente se

evalúa mediante métodos de estabilidad basados en el equilibrio límite del

suelo. Estos métodos toman en cuenta los factores principales que influyen

en la resistencia del suelo o masa rocosa. La cuantificación de la estabilidad

de un talud se basa en el concepto de factor de seguridad; más adelante se

hace una breve descripción del concepto del factor de seguridad, la

determinación o estimación de los parámetros de resistencia y los métodos

de análisis.

Factor de Seguridad

Para ilustrar el concepto del factor de seguridad Fratelli (1993), uso la

analogía de un bloque deslizante en un plano inclinado, tal como lo muestra

la figura 21. Se tiene un plano inclinado que forma un ángulo b con la

horizontal; sobre ese plano inclinado se encuentra un bloque rígido de masa

M.

Figura 21: Bloque en plano inclinado y diagrama de fuerzas Fuente: Fratelli (1993)

76

Las fuerzas que actúan sobre el bloque rígido, como se muestra en la

figura 21, son: el peso del bloque (W), la normal (N) y la fuerza de roce (Fr)

entre la base del bloque y el plano inclinado. Las fuerzas que actúan en la

dirección del plano inclinado (X’) son la fuerza de roce (Fr) y el componente

del peso en esa dirección (W senb). Las fuerzas que actúan en la dirección

perpendicular al plano inclinado (Y’) son el componente de peso en esa

dirección (W cosb) y la normal (N). No habrá deslizamiento del bloque a lo

largo del plano inclinado mientras la fuerza de roce entre el bloque y el plano

sea mayor o igual que la componente del peso en esa dirección.

El factor de seguridad (FS) contra el deslizamiento del bloque viene a ser

el cociente entre la fuerza de roce (Fr) y la componente del peso en la

dirección del plano inclinado o se puede calcular por la ecuación: La

fuerza resistente viene a ser la resistencia al corte del suelo y las fuerzas

desestabilizadoras vienen a ser las fuerzas gravitacionales o sísmicas. Por lo

tanto, para un talud, el factor de seguridad se define como el cociente entre

la resistencia al corte del suelo o roca a lo largo de una superficie de falla y

los esfuerzos de corte que tienden a producir deslizamiento a lo largo de esa

superficie de falla.

Determinación de la Resistencia del Suelo

Los principales parámetros que definen la resistencia del suelo, según

Casteletti (1991), son el ángulo de fricción interna en el caso de suelos

granulares y la resistencia al corte no drenada en el caso de suelos

cohesivos. El ángulo de fricción interna f puede estimarse en el laboratorio

con el ensayo de corte directo y ensayo triaxial consolidado drenado.

También existen correlaciones entre el ángulo de fricción interna f y ensayos

77

in-situ como la prueba de penetración estándar (SPT) o la prueba de

penetración de cono (CPT).

La resistencia al corte no drenada (Su) puede estimarse con ensayos de

laboratorio tales como el ensayo triaxial consolidado no drenado (CIU), el

ensayo sin consolidar sin drenar (UU), el ensayo de compresión sin confinar

(qu) y el ensayo de corte directo simple (DSS). Para los ensayos in-situ se

puede usar la prueba de veleta de campo (FV), la prueba de penetración de

cono (CPT) y el penetrómetro de bolsillo.

Las arcillas duras y altamente sobreconsolidadas fallan bajo una

condición drenada porque el exceso de presión de los poros es negativo y

por lo tanto a medida que este se disipa, las arcillas sobreconsolidadas se

debilitan. Las arcillas blandas y limos fallan en condiciones no drenadas

porque el exceso de presión de los poros es positivo y por lo tanto la

condición crítica es a corto plazo pues a medida que las arcillas disipan el

exceso de presión de los poros, las mismas se consolidan y ganan

resistencia.

La mayoría de los suelos granulares disipan el exceso de presión de los

poros rápidamente debido a su alta permeabilidad y por lo tanto fallan en

condiciones drenadas excepto cuando son sometidos a carga dinámica

(sismo) cuando una falla no drenada es posible.

Resistencia al Corte en Limos y Arcillas Blandas

Este mismo autor, expresa que como se dijo anteriormente, las arcillas

blandas fallan en condiciones no drenadas. La resistencia al corte no-

78

drenado en limos y arcillas blandas se puede medir directamente en el

campo con el ensayo de veleta o en el laboratorio con un ensayo de

compresión simple sin confinar. Skempton propuso la siguiente correlación

para estimar la resistencia al corte no drenado.

Su/s’p = 0,11+0,0037 Ip

donde:

Ip = es el índice de plasticidad

s’p = es la presión de consolidación.

Para Casteletti (1991), esta Tabla 4 sirve de guía para estimar la resistencia

al corte no drenado en arcillas y el ángulo de fricción en suelos granulares.

(Terzagi and Peck 1967).

Tabla 4. Relación de la resistencia al corte no drenado y el ángulo de fricción.

Arenas Limos o arcillas

Nspt f Densidad relativa Nspt Su (kg/cm2)

Consistencia

<2 0 - 0,12 muy blanda

0 - 4 <30 muy suelta 2 - 4 0,12 - 0,25 blanda

4 - 10 30 - 32 Suelta 4 - 8 0,25 - 0,5 media

10 - 30 32 - 35 Media 8 - 15 0,5 - 1 firme

30 - 50 35 - 38 Densa 15 - 30 1 - 2 muy firme

>50 >38 muy densa >30 >2 dura

Fuente: Casteletti (1991).

79

Diseño de Muros de Contención.

Las estructuras de retención, más específicamente los muros de

contención, para Fratellli (1993), tienen como principal función la de

proporcionar soporte lateral permanente al terreno, que dependiendo el

propósito de la construcción puede tratarse de terreno natural o de rellenos

artificiales. El diseño de muros de contención basado en la verificación de la

estabilidad externa del muro.

Tipos de Muros de Contención.

Entre los tipos más generales de muros de contención se destacan los

siguientes:

Muros de contención tipo gravedad.

Muros de contención tipo ménsula (voladizo).

Muros de contención con contrafuertes.

Muros de contención tipo bandeja.

Muros de contención tipo criba.

Muros de contención Tipo Gravedad.

Son muros que se construyen de concreto o de mampostería, en los que

la resistencia es conseguida a través de su propio peso, Figura 22(a). Este

tipo de construcción no es económica para muros altos, pero puede ser

interesante para muros de altura moderada siempre y cuando su longitud no

sea muy grande. Los muros tipo gravedad no resultan ser muy económicos

debido a que al no utilizarse armadura, por lo general se trabaja con grandes

volúmenes de concreto. Son aconsejables cuando el ancho de la base tiene

80

una dimensión de 2

1 a 3

1 de la altura total del muro. Los muros de

semigravedad son aquellos muros de gravedad a los que se incorpora

armadura con el objetivo de disminuir la sección del muro, Figura 22(b).

Armadura

(a) (b)

Figura 22. Muros de contención (a) Tipo gravedad (b) Tipo semi-gravedad. Fuente: Fratelli (1993)

Muros de Contención Tipo Ménsula (voladizo).

Son muros que se construyen de hormigón armado y consisten de un tallo

o cuerpo delgado y una losa de base. Son los más usados actualmente; y

pueden tener la forma de una L o una T invertida, Figura 23.

Son usados generalmente a partir de una altura de 6 m. y se considera

que son económicos hasta una altura de 8 a 10 m. Su aplicación depende de

los costes relativos de excavación, hormigón, acero, encofrados y relleno, así

como también de la apariencia y durabilidad de la obra, sobre todo en áreas

urbanas.

81

Armadura

Figura23: Muro de contención tipo ménsula. Fuente: Fratelli (1993)

Muros de Contención con Contrafuertes.

Este tipo de muros constituye una solución evolucionada a los muros tipo

ménsula, cuya concepción nace debido a la necesidad de aligerar las piezas

en aquellos muros de gran altura en los que se requerirían, por consiguiente,

grandes espesores. La geometría de estos muros, Figura 24, es similar a la

del muro ménsula con la diferencia de que a intervalos regulares de longitud

se tienen losas verticales delgadas de concreto, denominadas contrafuertes,

que se hallan uniendo la cara posterior del muro con la base. Estas losas se

constituyen en rigidizadores de tensión que disminuyen tanto los esfuerzos

de flexión como los esfuerzos cortantes. Estos son aconsejables a partir de

los 12 m o cuando el relleno se halla muy sobrecargado.

Muros de Contención tipo Bandeja.

El concepto de funcionamiento de estos muros es muy diferente al de los

muros con contrafuertes. En este tipo de muro no se trata de resistir el

momento flector aumentando el canto y aligerando la sección, sino que se

trata de reducir los momentos flectores debidos al relleno mediante los

82

momentos producidos por la carga del propio relleno sobre las bandejas, Fig.

24. Su principal desventaja radica en la complejidad de la construcción, pero

puede ser una buena alternativa al muro con contrafuertes para grandes

alturas.

Contrafuertes

Figura 24: Muro de contención con contrafuertes. Fuente: Fratelli (1993)

Figura 25. Muro de contención tipo bandeja. Fuente: Fratelli (1993)

Muros de Contención Tipo Criba.

El sistema de este tipo de muros emplea piezas prefabricadas de

hormigón de muy diversos tipos que forman una red espacial que se rellena

con el propio suelo, Figura 26. La concepción de estos muros tiene su origen

en la de muros análogos que se realizaban antiguamente con troncos de

árboles.

83

Figura 26: Muro de contención tipo criba. Fuente: Fratelli (1993)

Desarrolladas las características de los principales tipos de muros de

contención, a continuación se presenta para un caso general de muro, la

notación utilizada a lo largo del capítulo, Figura 27.

Relleno

Cara posterior

Tallo

Cara anterior

Talón

Pie

Tacón Losa de base o zapata

Figura 27. Componentes de un muro de contención. Fuente: Fratelli (1993)

84

Bases Legales

Las bases legales relacionadas con el trabajo de investigación están

sustentadas por la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela

(1999) y por un conjunto de leyes, normas y técnicas establecidas en el país

al respecto.

Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. En el capítulo

IV, habla de los derechos ambientales, específicamente los artículos: 127,

128 y 129, establecen que es un derecho y un deber de cada generación

proteger y mantener el ambiente en beneficio de sí misma y del mundo

futuro. Es decir, que toda persona tiene derecho individual y colectivamente a

disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente

equilibrado.

Otra normativa utilizada en Venezuela, es la Norma de Zonificación

Sísmica o Falla Geológica (Norma COVENNIN 1756 -98, 2001), donde se

especifica que es de suma importancia adecuar a la realidad sísmica de

Venezuela la resistencia sísmica de una estructura desarrollada por los

Ingenieros que sigan las instrucciones de la norma de acuerdo al grado de

amenaza de la región.

También para esta investigación, se tomo en cuenta la Ley de los

Consejos Comunales, vigente desde año 2006 y reformada en el año 2009,

la cual tiene por finalidad que las comunidades pueden organizarse por

medio de los consejos comunales, para conseguir el beneficio en común de

sus habitantes. Por lo tanto, este proyecto de investigación que beneficiará a

la comunidad de los sectores involucrados, debe regirse por lo estipulado en

la ley. Esto establece que todo debe ser presentado ante la comunidad para

85

el beneficio de la misma, y de esta manera ellos aceptaran o no la propuesta

presentada.

Ley de Aguas (Noviembre 2004). El capítulo III. Trata sobre el Control y

Manejo de la Calidad de las Aguas, en su título III. Específicamente trata

sobre La Prevención y Control de los posibles efectos negativos de las

Aguas sobre la Población y sus Bienes, se tiene el Artículo 12, 13 y 17., el

cual reza los siguiente: “La prevención y control de los posibles efectos

negativos de las aguas sobre la población y sus bienes se efectuará a través

de: 1. La inclusión del análisis de riesgos y desastres naturales en el sistema

de planes de gestión integral de las aguas, así como en los planes de

ordenación del territorio y de ordenación urbanística.

Ley Orgánica del Ambiente (Junio 1976), la presente ley tiene por objeto

establecer dentro de las políticas del desarrollo integral de la Nación, los

principios rectores para la conservación, defensa y mejoramiento del

ambiente en beneficio de la calidad de vida, esto en función de la

eliminación de factores del ambiente que puedan ocasionar perjuicios a la

vida del hombre o de los demás seres.

El capítulo I, en los artículos 1, 2, 3, y 4, así como en capítulo II en el

artículo 6. Expresan que esta ley pretende determinar las propuestas más

aptas y condiciones apropiadas para ser aplicadas a la zona en estudio esto

en cuanto a la construcción de urbanismo se refiere, y de esta manera lograr

la conservación y mantenimiento del ambiente.

86

Sistema de Variables

Variable Independiente

Elementos de Diseño de Muro de Contención

Variable Dependiente

Estabilización de Taludes

Definición de Términos Básicos

Para comprender mejor la investigación cabe destacar algunos términos

básicos que servirán de ayuda para vislumbrar el tema en cuestión, los

cuales se destacan los siguientes:

Aguas abajo: Con relación a una sección de un curso de agua, sea principal

o afluente, se dice que un punto esta aguas abajo, si se sitúa después de la

sección considerada, avanzando en el sentido de la corriente (en castellano

se utiliza también el término <<ayudo>> para referirse a aguas

abajo).(Fratelli; 1993)

Aguas arriba: Es lo contrario de la definición anterior (en castellano se utiliza

también el término <<asuso>> para referirse a aguas arriba). (Fratelli; 1993)

87

Área de Cuenca: Toda tierra y el agua dentro de los límites de un área que

lo divide. (“Manual para la revisión de estudios hodrotécnicos de drenaje

Mayor”, 2008).

Asentamiento: Es el hundimiento de una estructura provocado por la

compresión y deformación del suelo situado debajo de la misma. (Merritt y

otros, 1999).

Cuenca: Unidad fisiográfica de un territorio cuyas aguas vierten a cuerpo de

agua que sirve de recolector principal. (Ramírez, 1999).

Deslizamiento: Deformación producida sobre un sólido sujeto por una cara y

sometido a una fuerza tangencial. (Crespo, 2005).

Drenaje: Conjunto de obras realizadas para mejorar las condiciones del

desagüe de determinada área. (Crespo, 2005).

Drenaje Natural: Canal de drenaje conformado por interacción de las aguas

y la superficie del terreno por donde escurren. (Carrero, 1996).

Escorrentía: Es el volumen de agua de lluvia que hace su recorrido sin

infiltrarse, sin evaporarse desde el sitio donde cae hasta la corriente de agua

que alimenta. (Monsalve, 1995).

Levantamiento topográfico: Proporciona la localización de accidentes

naturales o artificiales y las elevaciones que se utilizan en la confección de

mapas. (Merritt y otros, 1999).

Permeabilidad: Capacidad del suelo o roca para permitir la percolación de

las aguas. (Carrero, 1996).

88

Precipitación: Se refiere a todos los tipos de humedad emanados de la

atmósfera y depositados en la superficie de la Tierra en forma líquida (lluvia,

niebla, rocío) o en forma sólida (nieve, granizo, escarcha). (Monsalve, 1995).

Socavación: Acción erosiva en los laterales de los lechos de los ríos.

(Carrero, 1996).

Suelo: Es un material formado predominantemente por partículas de rocas y

minerales derivados de las rocas sin material cementante, pero con unas

ciertas proporciones de aire, de agua y de materia orgánica. (Kraemer y

otros, 2004).

Topografía: Es la ciencia y el arte de efectuar las mediciones necesarias

para determinar las posiciones relativas de los puntos, ya sea arriba, sobre o

debajo de la superficie de la tierra, o para establecer tales puntos. (Merritt y

otros, 1999).

89

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Modalidad de la Investigación

La metodología que se utilizó para responder a la problemática planteada

como es la estabilización de taludes, ubicada en la urbanización La Pradera,

municipio Campo Elías sector Aguas Calientes de la ciudad de Ejido,

requiere de una investigación, el cual se enmarco en la modalidad de

proyecto factible porque se propuso un diseño para solucionar un problema,

apoyada en la investigación de campo y documental.

Según Arias (2006), define al proyecto factible como aquel que propone

una solución social apoyada en la investigación de campo con evaluación en

el sitio, que permitirá la elaboración de una propuesta, como solución a un

problema de tipo práctico de una comunidad en un área particular del

conocimiento, a partir de un diagnóstico preciso de las necesidades del

momento. Esta investigación se consideró proyecto factible porque permite

dar solución a la problemática de la comunidad. Proponiendo un Diseño de

Muros de Contención mediante la selección y técnicas adecuadas en el

sector a estudiar.

Arias (2006) señala que la investigación de campo es “ aquella que

consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados,

o de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o

controlar variables alguna, es decir, el investigador obtiene la información

pero no altera las condiciones existentes” , (p.31) , Esta investigación se

caracterizó por tener apoyo en la investigación de campo, la cual permitió tanto

90

observar como recolectar en sitio, datos y mediciones de la realidad del objeto,

tales como el caudal de la quebrada, la topografía del terreno, entre otros. Así

como también las características y propiedades que conforman la problemática,

lo cual fue necesaria para la investigación, y así posteriormente analizar e

interpretar los resultados.

Del mismo modo, Arias (2006), especifica que los proyectos de

modalidad documental, son los que se realizan, como su nombre lo indica,

apoyándose en fuentes de carácter documental, el cual textualmente

menciona que “consiste en la recolección de datos directamente de los

sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos, sin

manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la

información pero no altera las condiciones existentes”, (p.47).

De igual manera, Arias (2006), define la investigación documental como que

se basa en la obtención y análisis de datos proveniente de la indagación,

recuperación, análisis, crítica e interpretación de datos secundarios, es decir,

aquellos datos obtenidos y registrados por otros investigadores en fuentes

documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas. Por lo tanto esta técnica

de investigación tuvo como finalidad extender y ahondar los conocimientos

necesarios para el desarrollo de la presente investigación, en el cual se utilizo

diversas fuentes documentales, tales como teorías encontradas en libros,

manuales, fotografías, trabajos especiales de grado que contribuirán con el

desarrollo de la misma.

Tipo de Investigación

Para la obtención de los resultados de manera clara y precisa fue

necesario aplicar algunos tipos de investigación en este proyecto, entre los

cuales están: la investigación descriptiva y la proyectiva.

91

La investigación descriptiva, comprende el registro, análisis e

interpretación de la naturaleza del objeto de estudio, es decir, que trabaja

sobre realidades de hechos, y su característica. Dentro de esta categoría

entra el presente proyecto, puesto que través de la investigación descriptiva,

las descripciones de los hechos se hizo como se presentaban en la realidad,

esto permitió evaluar de forma independiente las variables que afectan el

desarrollo del proyecto, que conducen a orientar al estudio de las

características del sitio en estudio, con el propósito de dar respuesta los

objetivos planteados y dar soluciones aceptadas sobre la estabilidad de

taludes.

Por otro lado, Arias (2006), “la investigación proyectiva, es aquella que

propone soluciones a una situación determinada, más no necesariamente

hay que ejecutar la propuesta”, (p. 58), es decir, todas las investigaciones

que implican el diseño o creación de algo con base en un proceso

investigativo; el presente proyecto, se considero en esta categoría, al

proponerse la estabilización de talud, ubicado en la urbanización. Esto con la

finalidad dar una solución técnica y social a un problema determinado que

involucra a un numero de ciudadanos.

Procedimiento

Fase I: Revisión Documental

En esta fase se acudió a las fuentes bibliográficas, información

digitalizada y algunas otras investigaciones que se vinculan con el tema de

investigación. Específicamente en este caso, se consulto información

92

referente a estabilización de talud, sus características, tipos de obras de

contención para protección de talud, entre otros, además de algunas bases

legales que involucran la solución que serán de vital importancia para el

desarrollo del proyecto.

Fase II: Diagnostico de la Situación Actual del Área en Estudio

Se requirió realizar un reconocimiento del área en estudio del talud y la

microcuenca, a través de una observación directa, es decir, a través de una

inspección visual realizada en el sitio, identificando los puntos más críticos,

como el grado de deterioro e índices de daño, severidad y vulnerabilidad. En

esta fase se utilizo la técnica de observación directa y mecánica, se realizo

mediante el instrumento de libreta de anotaciones y cámara fotográfica.

Fase III: Determinación de los estudios geomorfológicos de la zona

En esta fase fue necesario realizar un análisis partiendo de las

características de la zona para ello hubo que tomar en cuenta la vegetación,

pendiente del terreno, la forma del mismo, entre otros aspectos, así como

también los planos topográficos para determinar secciones transversales y

longitudinales del terreno. De igual modo, se analizo el estudio hidrológico,

obteniendo información de la cuenca, precipitaciones, reporte de crecida de

la quebrada, coeficiente de escorrentía, para así calcular la pendiente, el

tiempo de concentración, periodo de retorno, intensidad de precipitación y el

diseño del caudal, para lo cual se conto con datos suministrados por el

Ministerio del Ambiente y por la Dirección de Hidrología y Meteorología del

Estado Mérida. El instrumento a utilizado fue el equipo topográfico (estación

total y prisma).

93

Fase IV: Establecer las propiedades del suelo

Posteriormente al diagnóstico y análisis de la zona, se procedió a los

ensayos correspondientes tomando muestras de suelo en el sitio, la cual se

llevo a un laboratorio donde se obtuvo granulometría, limite de consistencia,

entre otros, con la finalidad de conocer su resistencia y soporte de carga, la

cual a través de formulas matemáticas, se cuantificaron datos necesarios

para el estudio. El instrumento utilizado fue planillas estandarizadas.

Fase V: Selección del tipo de muro

Después de haberse cumplido las fases anteriormente descritas, se

procedió a la selección del tipo de muro de contención que se adecue a las

características del suelo con el propósito de minimizar los procesos de

socavación y desestabilización del talud y por supuesto el impacto ambiental,

para esta fase se elaboro planos del muro con sus especificaciones, para la

presentación del diseño propuesto.

Fase VI. Diseño del muro que se adapte a las condiciones

hidrológicas, para soportar cargas y empuje del agua y sedimentos que

fluyen por la Quebrada Aguas Calientes.

Esta última fase una vez estudiado el tipo de muro que se va a utilizar,

y de acuerdo con las propiedades físicas del sitio en estudio, se procedió a

predimensionar. Se realizó los cálculos del muro ya seleccionado, éste fue

calculado por fórmulas matemáticas las cuales van hacer orientadas por los

siguientes métodos: el Método de Manning, y el método de Lischtvan –

Levediev, de los cual arrojarán un cálculo preciso y efectivo, y luego este se

adaptará al tipo de muro ya escogido, de acuerdo a las condiciones físicas

del sitio en estudio que en este caso es la Quebrada Aguas Calientes, del

mismo modo se podrá observar la efectividad y la adaptación del muro.

94

Operacionalización de las Variables

Tabla 5. Operacionalización de las Variables

Objetivo

General Variables Dimensiones Indicadores

Unidad de

Medida

Proponer la estabilización del talud en la Urbanización La Pradera

para proteger el margen de la quebrada

Aguas Calientes.

Variable Independiente

Elementos Diseño de Muro de Contención

Hidrología

Caudal de la quebrada

Curva IDF

M³/seg²

m3/sg, años y horas

Topografía

Perfil longitudinal

Secciones

Ml

Mts²

Característica físicas-

mecánicas del suelo

Granulometría

Límite Consistencia

%

%

Variable Dependiente

Estabilización de talud

Muro de Contención

Normas AASTHO

Adimensional

Factor seguridad al

deslizamiento

Factor seguridad

volcamiento

Presión

Adimensional

Adimensional

Kg/cm²

Fuente: Propia (2012)

95

Población y Muestra

La población es un conjunto finito o infinito de elementos con

características comunes. Según Arias (2006) con respecto a la muestra,

señala que es un subconjunto representativo de los elementos determinados,

que se extrae de la población accesible. Lo importante es que la muestra

seleccionada sea lo más parecida posible a la población, es decir, que sea

representativa de está.

De acuerdo a lo anteriormente señalado en esta investigación la

población y muestra que se analizo en la estabilización de talud, ubicada en

la Urbanización La Pradera, parroquia Matriz del Municipio Campo Elías,

Ejido Estado Mérida. Por consiguiente, para la realización de un muestreo,

no se puede hacer en este caso, debido que la información que se obtuvo de

un mismo objeto, es decir, que entra en la categoría de finito, lo que hace de

la investigación un caso especial.

Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

Arias (2006), expresa que las técnicas de recolección de datos son los

medios materiales que se emplean para recoger y almacenar la información

necesaria para el avance de la investigación de manera organiza. Es por ello

que los datos del presente proyecto esta definido dentro de la categoría

documental y de campo.

En este sentido, en función de los objetivos definidos en la presente

investigación, donde se plantea la estabilización de taludes, se emplea una

serie de instrumentos y técnicas de recolección de la información, orientados

fundamentalmente a servir como herramienta de trabajo en la búsqueda de

información. Entre las técnicas utilizadas se encuentran las siguientes:

96

La primera técnica que se utilizo, es la documental la cual permitió extraer

información de diferentes fuentes documentales, consultas bibliográficas

como libros, archivos digitales y consultas hemerográficas como artículos

entre otros, en las cuales se expresará las condiciones y normas

establecidas para diseño de un muro de contención, así como también

información del Ministerio de Meteorología del Estado Mérida.

La segunda técnica es la observación directa, que según Arias (2006), es

una técnica que consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma

sistemática cualquier situación que se produzca en la naturaleza o sociedad,

en función de los objetivos establecidos en la investigación. Se requirió la

observación directa en el sitio, es cual es una técnica consistió en visualizar

o captar mediante la vista, en esta investigación es de suma importancia la

observación en sitio para conocer las condiciones la zona en estudio, tales

como las características del suelo, de la quebrada, hidrología de la misma,

así como también el reconocimiento de la zona en estudio. Se utilizo como

instrumento la libreta de anotaciones y planilla de diagnostico.

De igual manera se utilizo la observación mecánica, que se aplica

mediante una cámara fotográfica, la realización de un informé fotográfico del

área anteriormente mencionada, al momento en que se estuvo en campo se

realizo las diferentes actividades, considerando los sitios adyacentes para

proporcionar mayor claridad en la observación.

97

Tabla 6. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

Técnicas Instrumentos

Técnica Documental Archivos de información Digitales, Fichas de Registro y Formularios

Observación Directa

Planilla de medición y Libreta de Anotación

Hoja de diagnostico

Observación Mecánica Cámara Fotográfica y Cámara de Video

Ensayos de laboratorio Planillas tabuladas

Técnica de Medición con Equipo

(estación total, mira)

Planillas de Medición

Cinta métrica

Fuente: Propia (2012)

Validez de los Instrumentos de Recolección de Datos

La validación del instrumento se determinó con la recolección de

información necesaria para el análisis del caso en estudio, estableciendo su

validez, para Hernández (2006), la validez se refiere al grado en que un

instrumento realmente mide la variable que permite medir, para la cual

existen tres tipos de validez: la validez de contenido, la validez de criterio y la

validez de constructo.

Este proyecto de investigación trabajo solamente con la validez de

contenido, ya que los instrumentos a validar en esta investigación son la guía

de observación directa en campo, y las planillas de laboratorio de las cuales

estas últimas ya viene validadas por el ente encargado.

98

Técnicas de Análisis

Las técnicas de análisis según Arias (2006), es el punto, donde se

describen las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que

se obtengan: clasificación, registro, tabulación y codificación si fuere el caso.

En lo referente al análisis, se definen como técnicas lógicas (inducción,

deducción, análisis, síntesis), o estadísticas (descriptivas o inferenciales),

que fueron empleadas para descifrar lo que revelan los datos que serán

recogidos.

Por otro lado, en el manual del Instituto Universitario Politécnico Santiago

Mariño (2003), define las técnicas de análisis que consiste en la descripción

de un conjunto de procedimientos para el estudio de los datos, una vez que

los mismo se recolectaron, se procedió a codificarlos, clasificarlos y

tabularlos, el cual depende de las técnicas básicas cualitativas y

cuantitativas.

La presente investigación se sitúa en un enfoque de características

cuantitativas, por la información que se puedo obtener una vez aplicados los

instrumentos, a través de datos que se pudieron obtener por medio de

planillas estandarizadas usadas en laboratorios, expresiones matemáticas, y

que fueron un conjunto de números que muestran relaciones significativas y

que pudo ser analizados e interpretados.

Así mismo con respecto a la investigación cualitativa Arias (2006), señala

que se hace cuando la información es de tipo verbal, que de un modo

general se ha regido mediante cuadros de notas, cámaras de video o

cualquier otro instrumento. Es decir, que la información se presenta en forma

discursiva, no se presenta ninguna referencia gráfica.

99

Es así como, este proyecto se identifica como un análisis cualitativo, ya

que se pretendió documentar la información a través de la aplicación de una

observación directa, detallada de campo y registros fotográficos que permitió

demostrar visualmente cual es la gravedad del problema hacer solucionado

posteriormente. Así mismo, los datos obtenidos que pudieron ser

expresados en términos numéricos, o una serie de estrategias que permitió

ubicar la solución a la estabilización de taludes, en el sector Aguas Calientes

de Ejido.

100

CAPÍTULO IV

RESULTADOS

En este capitulo se basa en concluir y complementar los objetivos

planteados en el Trabajo Especial de Grado; por medio de la compilación y

disensión de los datos y términos que han sido tratados en el desarrollo de

esta investigación, se muestra el resultado de los productos para llegar a la

discusión de los mismos y presentar una posible solución a la problemática

de la vulnerabilidad que amenaza los movimientos de masas y desbordes

por crecida en el trayecto urbano de la quebrada Aguas Calientes; es

importante efectuar que la metodología aplicada de acuerdo al estudio y

factores en la zona determinada, para realizar la evaluación del área en

estudio.

Diagnostico de la Situación Actual del Área en Estudio.

En esta parte se muestra el contexto las condiciones en la cual se

encuentra el área en estudio, se observó la situación que presenta la

Urbanización La Pradera con respecto a la quebrada Aguas Calientes por el

incremento de precipitaciones en temporada de lluvia en este sector, lo que

provoca socavación, deslizamiento de tierra del talud, y asentamientos el

cual establece la base de algunas de las viviendas, afectando la calidad de

vida del sector, cabe destacar que esta problemática también afecta al medio

ambiente, el colapso de la zona.

De esta manera puede observarse en las (Figuras 28), lo cerca que se

encuentra la quebrada de las viviendas, estas imágenes pertenecen al sector

en estudio, se reseñan el alto riesgo que se encuentra la comunidad para así

101

demostrar la problemática que se presenta en temporadas de lluvias. Cabe

enfatizar que esta investigación podrá tener continuidad para seguir siendo

desarrollada, con el fin de solventar a través de la misma, una propuesta de

Estabilización de Taludes en diferentes sectores aguas debajo de la zona,

con el fin de contribuir con el mejoramiento del bienestar así lograr brindar

seguridad a los pobladores.

Por este motivo, se planteó un diagnostico del sector en estudio

relacionado con las vertientes del sector Aguas Calientes y la quebrada

existente, logrando cumplir con todos los objetivos planteados en esta

investigación y así alcanzar el propósito de la misma, por lo tanto se planeó

una serie de fases que serán desarrolladas a continuación.

Figura 28: Foto del sector en estudio Fuente: Propia (2012)

Diagnostico del Caudal de la quebrada Aguas Calientes: Para el

desarrollo de esta fase se realizó una inspección al sitio detallada del área en

estudio, para recabar toda la información necesaria y así conocer el estado

actual de la quebrada, taludes adyacentes, es decir, la vegetación, la

población, las precipitaciones, cauce del mismo. Se utilizaron como técnicas

102

de investigación instrumentos como libreta de anotación, cinta métrica y

registros fotográficos.

Para iniciar con la fase de diagnostico, se realizó de la siguiente

manera:

Recorrido del Sector Aguas Calientes, transitamos por tochas para

observar el cauce de la quebrada y sus márgenes.

Estado actual de las viviendas.

Presencia de contaminación del mismo.

Recorrido de la quebrada del Sector Aguas Calientes: Se observó

abundante material rocoso, troncos de árboles y la presencia de vegetación

abundante en el cauce, aunado a las fuertes precipitaciones que se producen

en esta zona, lo cual provoca represamiento del flujo aguas arriba,

provocando constantes deslizamientos de material y vegetación, de esta

manera todo este material es arrastrado aguas abajo de la quebrada

afectando las viviendas, las cuales se encuentran ubicadas en la parte media

de la microcuenca donde se hallan en la parte más plana ocupando la zona

de expansión urbanística del sector, dentro de ello se encuentran ubicadas

las poblaciones de El Moral, San Miguel, INREVI, San Rafael, Mesa de

Tanque, San Martín, Santa Eduviges, La Campiña y La Pradera, algunos de

estos desarrollos han sido construidos en los márgenes de la quebrada

Aguas Calientes y que en épocas de lluvias sufren inundaciones y

sedimentaciones. Ver figura 29.

103

Figura 29. Quebrada Aguas Caliente. Fuente: Propia (2012)

Estado actual de las viviendas: Se observó el deterioro de algunas

viviendas, porque la socavación, que ha generado la quebrada en el

momento que se producen las crecidas ha inducido al agrietamiento de las

paredes (Figura 30), por el asentamiento que se efectuó en la zona, dicho

agrietamiento se produce por la pérdida de resistencia del suelo, pudiendo

originar la inestabilidad de las estructuras, en algunas ocasiones los

habitantes han restaurado algunas paredes que se han deteriorado por las

causas antes mencionadas. Se puede dar una clara idea que el sitio en

estudio no cuenta con un plan de mantenimiento que ayuden a conducir las

aguas de la quebrada Aguas Calientes, cuando existe aumento del caudal,

ya que en temporadas de lluvias se aprecian y se corroboran la problemática

existente en el sector que afecta a la zona del riesgo.

104

Figura 30. Vivienda de la Urbanización La Pradera. Obsérvese la grieta que presenta la pared aproximadamente tiene una abertura de 1 pulgada Fuente: Propia (2012)

Estado actual del la contaminación del mismo: En la quebrada Aguas

Calientes, se observó la presencia de basura, provocada por la misma

comunidad o por comunidades que se encuentran aguas arriba que han sido

arrastradas por el cauce, a su vez se pudo observar que las aguas negras de

algunas viviendas desembocan directamente en el cauce de la quebrada, así

como también la disposición de desechos sólidos , aumentando la

proliferación de roedores y malos olores, estos pudiendo producir la

propagación de diferentes enfermedades.

105

Figura 31. Basura presente en la quebrada Aguas Calientes, aguas abajo del cauce. Fuente: Propia (2012)

Causas del desbordamiento de la quebrada: En el recorrido aguas

arriba de la quebrada Aguas Calientes se logró observar la tala de árboles en

el área cercana a la misma, así como también la presencia de gran material

rocoso, trozos de arboles, vegetación entre otros, siendo causantes del

desbordamiento, debido a que todo este material queda depositado en el

cauce, formando una tapiza e impidiendo que fluya libremente las aguas, que

posteriormente al aumentar el caudal hidráulico son arrastrados aguas abajo,

lo cual produce colisión con las paredes del talud existente y la inestabilidad

de la masa de suelo ocasionado daños severos. Cabe destacar que a esta

causa se le suma la basura de elementos solidos y de gran tamaño que se

unirá a la tapiza de la ruta del cauce.

106

Determinación de los Estudios Geomorfológicos de la Zona.

En el estudio morfológico se involucran los estudios del suelo o de la

superficie del mismo, tomando en cuenta los movimientos en masa

presentes, y los factores determinantes de las inestabilidades identificadas.

Para ello es oportuno describir las características físicos-naturales de la

microcuenca en estudio.

Características Físico- Naturales de la Microcuenca

Descripción de la Microcuenca

Localización:

Las microcuencas La Portuguesa y Aguas Calientes por estar paralelas

entre si, se localiza entre las coordenadas 8°32´16” y 8°37´36” de latitud

Norte y 71°13´58” y 71°16´34”de longitud Oeste. Perteneciente a la Parroquia

Matriz del Municipio Campo Elías del Estado Mérida. Ocupa una superficie

aproximada de 2998,28 ha. Su variación altitudinal va desde los 960 msnm,

con la confluencia del río Chama, hasta los 3160 msnm, en sus nacientes en

la Loma del Viento. El área limita por el norte y el oeste con el río Las

Gonzales, por el este con la cuenca de la quebrada Montalbán que es

tributaria con el río Albarregas y por el sur con el río Chama. En dicha

microcuenca se encuentra presente un nivel de población que se caracteriza

por presentar sectores urbanos diferentes entre si, en los cuales se pueden

señalar. Aguas Calientes, Manzano Alto, Urbanización Padre Duque, Carlos

Sánchez, entre otros.

Datos Físicos:

107

Clima: Según Romero D (1999), citado por Contreras, L (2005), el clima

esta en función de dos elementos:

Precipitación: llegó a sintetizar que la microcuenca se caracteriza por

presentar humedad moderada a una altitud de 1360 msnm.

Temperatura: En su parte más baja al nivel de la ciudad de Ejido se

registra las mayores temperaturas 22°C, disminuyendo a medida que

ascendemos a través de la microcuenca hasta alcanzar la temperatura

medias anuales menores a 10°C en el área de Páramo a cota 3000

msnm.

Zona de vida:

Este mismo autor a su vez cita a Holdrige,L (1968), este afirma que se

presenta cuatro zonas de vida para la quebrada La Portuguesa.

1. Bosque Seco Premontano (Bs-P): Esta zona se encuentra localizada

en la parte baja de la microcuenca, con una precipitación promedio

menor 1000 mm/año y una temperatura media mayor de 18°C,

correspondiente a la Loma del Moral.

2. Bosque Húmedo Premontano (Bh-P): Precipitación media mayor 1000

mm/año y una temperatura media mayor de 18°C, correspondiente al

área de la carretera la Panamericana, dominada por los usos agrícola

y urbanos.

3. Bosque Húmedo Montano (Bh-MB): Precipitaciones promedio es de

1000 mm/año, temperatura media anual 18-12°C, se caracteriza por

presentar árboles que pueden llegar a los 20 metros de altura.

4. Bosque muy Húmedo Montano Bajo (Bmh-M): Precipitaciones media

mayor de 1000 mm/año, temperatura media menor a 12°C, desarrolla

un bosque a 10-15 metros.

108

Tabla 7: Uso Actual de las Microcuencas por Zonas de Vida, Agua Arriba de las Aéreas Afectadas por Crecidas

Cause / Uso*

PpSa

AR

PpSa BmhM

BhMB

BhPM

VS-R

BhPM

UR

Total

Ha %

Portuguesa -- -- 811 886 76 1773 12,90

Milla -- 23 533 46 141 743 --

Albarregas-Milla 352 830 2896 90 614 4782 34,70

Rincón -- -- 55 165 -- 220 --

Gavidia-Rincón -- -- 103 461 223 787 5,70

Resbalosa -- -- 245 74 10 329 2,40

Pedregosa 27 223 2378 436 173 3237 23,5

Carvajal -- -- 238 310 34 582 4,20

Aguas Calientes -- -- -- 748 102 850 6,20

Montalbán -- -- 955 326 155 1436 10,40

Total (Ha) 379 1053 726 3331 1387 13776 100

(%) 2,7 7,6 55,4 24,2 10,1 100,0

Fuente: Ministerio del Ambiente (2000)

Donde:

PpSa AR: Afloramiento rocoso en Páramo pluvial subandino

PpSA: Páramo pluvial subandino.

BmPM BhMB: bosque muy húmedo montano con húmedo montano bajo

BhPM VS-R: Vegetación secundaria y área rural con pastos y cultivos en

bosques húmedos premontanos.

BhPM UR: Área contenida por la poligonal urbana en bosque húmedo

premontano.

109

Geología

Según Cabello, O (1956), mencionado por Contreras, L (2005), se

remonta desde el paleozoico superior cuando se produce el levantamiento de

la Cordillera de Mérida hasta el cuaternario en el cual se registraron grandes

oscilaciones climáticas sometidas a una intensa erosión. La geología

estructural de la microcuenca La Portuguesa y la de Aguas Caliente, por

encontrarse paralelas, presenta un intenso fallamiento que atraviesa los

diferentes afloramientos geológicos, la cual esta orientada casi paralela a la

falla de Bocono que sigue el eje del río Chama, lo que favorece a la

presencia de movimiento de masa.

De acuerdo a estudios realizados señalan que el área esta encuadrada

dentro de dos fallas longitudinales. La primera se encuentra a una cota

aproximada de 2100 msnm, en dirección NE SW el cual separa el contacto

litológico entre las formaciones Aguardiente y la Quinta, la cual es

interceptada por otra falla a una altura aproximada de 2600 msnm,

separando la formación Sierra Nevada y Capacho con dirección E-W a una

altura de 2500 msnm. La segunda falla atraviesa la microcuenca a una cota

aproximada de 1500 a 1600 msnm, con dirección NE SW abarcando en su

totalidad la formación la Quinta, separando el contacto litológico de dicha

formación y la formación Sabaneta y Aguardiente.

Geomorfología

El mismo investigador mencionado en el párrafo anterior, expresa que la

geomorfología esta ligada a la diversidad e interrelación de los fenómenos

físicos influyendo en el modelado de las vertientes, de manera directa e

indirecta entre las que se pueden citar: el relieve, clima susceptibilidad del

110

suelo. En la quebrada La Portuguesa se distingue dos unidades, la de

vertiente y la de fondo:

Unidad de vertiente: Comprende las unidades de montaña altas y

medias, por encima de los 1300 msnm, en donde por acción de

movimiento de masas, procesos hídricos, altas pendientes y

acompañada por la existencia de un sistema de fallas, genera un

estilo particular en su conformación morfoestructural en donde

estimula un escurrimiento superficial concentrado que son capaces de

producir un alta erosión cuando el grado de vegetación sea bajo. La

cubierta vegetal y la calidad del material fisiológico permiten una

acción más rápida de estos. En la vertiente izquierda de la quebrada

La Portuguesa, en áreas donde se realizan labores agrícolas de

autoconsumo, eliminando la cubierta vegetal, lo cual genera un

proceso de escurrimiento laminar que junto con el sobre pastoreo,

crea el tipo de erosión llamada pie de vaca donde existe una

compactación del suelo provocando una concentración rápida de las

aguas de cauces que sólo actúan ante eventos de precipitación

extraordinarias.

Unidad de fondo de valle: Se encuentra en la parte baja a partir de los

1300 msnm, hasta llegar a la desembocadura del río Chama. Ocupa

posiciones geomorfológicas de orden fluvio torrencial en forma de

terrazas aluviales, conos de deyección y depósitos resientes en forma

de vegas que se caracterizan por una intensa erosión y un

escurrimiento superficial difuso, fuerte y concentrado, el cual produce

el fenómeno de erosión sobre la colina del sector Zumba ejercida por

La Portuguesa.

111

Figura 32. Obsérvense características fisiográficas del municipio Campo Elías.

Fuente: Propia (2012)

Suelos:

Conforme a la investigación realizada por Contreras, L (2005), describe

que en la parte más alta en las vertientes, los suelos se caracterizan por

tener poco desarrollo pedogenético muy lixiviado, presentando un alto

porcentaje de fragmento rocosos de tamaño variable. Son de tipo entisoles e

inceptisoles tienen buena permeabilidad, poca profundidad, con un alto

contenido de materia orgánica en los horizontes superiores de moderada a

un buen drenaje interno y externo, con un pH que varia de fuertemente ácido

a ligeramente ácido con predominio de textura arenosa o arenosa franco,

franco arcilla-arenoso y franco arenosa y de fertilidad media alta. En la

unidad fondo de valle constituida por conjunto de terrazas, conos de

deyección y depósitos recientes en forma de vegas, estructurados a partir de

material transportado por la quebrada Aguas Calientes y La Portuguesa de

las diferentes formaciones geológicas. Presente en la parte Norte del área,

son suelos de tipo inceptisoles y ultisoles, son profundos los cuales cuentan

112

con buenos sistemas de drenaje interno y externos, son suelos pedregosos

el pH varia de neutro a moderadamente alcalino, con predominio de textura

arenosa a franco arenosa con el contenido de materia orgánica de bajo a alto

en el horizonte superficial.

Hidrografía

Esta conformada por las quebradas La Portuguesa y Aguas Calientes, las

cuales poseen características propias de cauces de montaña en su recorrido,

determinado por un alta capacidad de arrastre y transporte de sedimento.

Ambos cauces son de régimen permanente con carácter típico torrencial

cuyas aguas confluyen en el río Chama. Estos cursos son alimentados por

otros afluentes de menor caudal y de régimen intermitente que se localiza a

ambos lados de la trayectoria que sigue la quebrada.

El patrón de drenaje es dendrítico presentándose una variación espacial

de la densidad de drenaje debido a diferentes factores entre ellos están: la

composición litológica, la distribución temporal e intensidad de la

precipitación, la variación de la cobertura vegetal y las características del

relieve.

Estudio Hidrológico de la Microcuenca Aguas Calientes

El estudio hidrológico tiene como objetivo estimar el caudal máximo que

puede generar la microcuenca en estudio, considerando tormentas con

periodos de retorno adecuado a la importancia de la estructura de drenaje

transversal a construir, a continuación se mostraran los datos hidrológicos de

la zona en estudio.

113

Característica de la microcuenca

Morfometría.

Según Contreras, (2005), las características morfométricas que presenta

dicha microcuenca las cuales son determinadas por la longitud, tamaño y

forma del mismo, también se tiene que considerar los siguientes:

Pendientes.

Los valores dependientes fuertes o moderados están comprendidas con

predominio en el sector de vertientes del conjunto montañoso, con valores

superiores al 35%, y los valores de pendientes de moderadas a suaves en el

sistema de fondo de valle con valores inferiores al 35%. Las pendientes

presente en el sector Aguas Calientes están comprendidas entre los

siguientes valores:

o Rango del 0-12%, topografía suave, favoreciendo en buena

medida las actividades agrícolas.

o Rango del 12-35%, topografía moderada, favorable para

actividad agrícola y el desarrollo urbanístico, sobre los conos de

deyección y terrazas aluviales que se desarrollan paralela o

transversalmente al curso de la quebrada Aguas Calientes.

o Rango de 35-50 %, incluye superficie de topografía

pronunciada, convirtiéndose en una limitante para el

establecimiento de las labores agrícolas y para ciertos

desarrollos urbanos. Generalmente se corresponden con áreas

de vertientes, conos de deyección, terrazas y algunos taludes

de las unidades de fondo de valle.

114

o Rango mayores a 50%, son terrenos con pendientes fuertes,

cuales son susceptibles a la erosión, en estas condiciones la

actividad agrícola tiene restringidas oportunidades y también se

hace prácticamente nula la posibilidad de desarrollo de

infraestructuras permanentes. Estas pendientes caracterizan

las unidades de vertientes localizadas en la parte media y alta

del área.

Tal como se señalo en los párrafos anteriores, son importantes los datos

morfométricos que caracteriza la microcuenca en estudio, y el recorrido que

tiene desde su nacimiento hasta su desembocadura, que a continuación se

describirán, las cuales se citan a continuación:

a. Morfometría de la microcuenca Aguas Calientes: La longitud axial,

representa la longitud en kilómetros medida desde la desembocadura

hasta el punto mas alto de la microcuenca dando como resultado

10,45 Km.

Figura Nº 33. Imagen correspondiente al sector Aguas Calientes donde se emplaza la microcuenca. Fuente: Google Earth, (2008)

115

b. Tamaño de las Cuencas: La superficie total de la cuenca La

Portuguesa es de 2998,28 ha, que es equivalente a 29,98 Km2.

Mientras que la cuenca Aguas Calientes es de 861,81 ha., que

equivalen a 8,61 Km2.

c. Forma:

Índice de Forma de la Cuenca: Expresa la forma de la cuenca

como una razón del perímetro de la misma circunferencia de un

círculo de igual área. (Contreras, L 2005).

Tabla 08. Índice de forma de la Cuenca

Clase Rangos Forma de la Cuenca

Kc1 1,0 – 1,25 Casi redonda oval redonda

Kc2 1,25 – 1,50 Oval redonda a oval oblonga

Kc3 1,50 – 1,75 Oval oblonga a rectangular oblonga

Fuente: Contreras (2005)

Kc = 0,28*(P / √A)

Donde:

Kc =Coeficiente de compacidad

A= área Km2

P= Perímetro de la cuenca (Km)

0,28 =constante

Para la cuenca Aguas Caliente que es la que se encuentra en

estudio, tiene los siguientes datos.

A = 8,61 Km2

P= 11,73 Km

Kc = 0,28 * ( 11,73km/ √8,61Km2 )

Kc = 1,12

116

Interpretando el resultado, la microcuenca Aguas Calientes posee una

forma casi redonda oval redonda, ya que su coeficiente de compacidad (Kc)

es menor a 1,25 por lo tanto esta cuenca tiene a ser torrencial y su tiempo de

concentración es corto. Se debe establecer medidas de conservación como

reforestaciones en las áreas donde no existe cobertura vegetal, ya que esta

intercepta la precipitación y favorece la evapora transpiración y de esta

manera alargando el tiempo de respuesta a las crecidas o eventos

extraordinarios de precipitación.

Factor de Forma

El factor de forma esta definido por la siguiente formula;

2L

A

L

BKf

En donde:

B Ancho medio en .Km

A Área de drenaje en 2Km .

L Longitud axial de la cuenca en .Km

La longitud axial de la cuenca en este caso es de 10,45Km, por lo

tanto el coeficiente de forma es de:

08,0

45,10

61,82

2

Km

KmKf

Según Ramírez, (1999), que una cuenca que tiene menor tendencia a las

crecidas cuando el KfΞ1, apoyándose en esta relación, esta microcuenca la

tendencia es a no sufrir desbordes.

117

Densidad de drenaje

A

LtDd

Donde:

Lt Longitud total de las corrientes de aguas en .Km

A Área total de la cuenca en 2Km .

Este coeficiente puede variar entre 0,5 .Km / 2Km , para cuencas con

drenajes pobres, hasta 3,5 .Km / 2Km , para cuencas excepcionalmente bien

drenadas.

La microcuenca de la quebrada Aguas Calientes la longitud de las

corrientes de agua es de 10,45 Km aproximadamente, por lo tanto:

ΣΣLi, u = longitud de los cauces = 10,45 km

A = Área de la cuenca = 8,61 km²

21,161,8

45,102

Km

KmDd

Este valor indica que la cuenca de la quebrada Aguas Calientes esta por

debajo del valor indicado, lo que significa que es una cuenca con drenajes

pobres.

Extensión media de la Escorrentía Superficial

La formula es la siguiente:

TL

A

41

118

Donde:

1 Es la extensión media de la escorrentía superficial en .Km

TL Es la longitud total de la corriente de agua hidrográfica en .Km

A Es el área de drenaje total de la cuenca en 2Km .

Con los valores anteriores para la cuenca en estudio se tiene que:

KmKmx

Km21,0

45,104

61,81

2

Así como el valor anterior, lo que expresa es que sigue siendo una

cuenca con drenajes pobres.

Sinuosidad de las corrientes de agua

VL

LS

Donde:

VL Es la longitud del valle medida según la dirección del cauce principal en

.Km

Para la quebrada Carvajal VL 10,45 .Km

18,45,2

45,10

Km

KmS

Este valor indica que se trata de una quebrada curva, con meandro (curva

en el cauce del río provocada por un proceso de intensa excavación y de

acumulación de materiales en la orilla).

119

Relieve.

Presenta valores altitudinales entre los 9635 msnm, el la confluencia de la

quebrada La Portuguesa, con el río Chama, hasta los 3160 msnm, en su

parte alta, la cual pertenece a una ramificación de la Sierra de la Culata del

Norte, que nace en el nudo del Páramo de los Leones, pasando por la Loma

del Viento, antes de finalizar en la cuenca del río Las González.

Pendiente de la Cuenca

La pendiente, se utiliza cálculo de pendiente de una cuenca hidrográfica a

partir de curvas de nivel:

%100xA

DxLtI

Donde:

I La pendiente promedio de toda la cuenca.

D Diferencia consecutiva de cota entre curva de nivel, es un valor

constante que se expresa Km.

Lt Longitud total de todas las curvas de nivelen la cuenca en Km.

A Área total de la cuenca Km2.

%14,12%10061.8

45,101,0 x

xI

Esta pendiente media del cauce es relativamente alta (12,14 %),lo cual

hace que esta se comporte como una quebrada torrencial; es importante

destacar que el valor dependiente incrementa la velocidad de la corriente y la

120

capacidad de arrastre de sedimentos, por lo tanto se trata de una

microcuenca susceptible a desarrollar mayor violencia en sus crecidas.

Análisis de Vegetación Actual de la Microcuenca Aguas Calientes.

Esta es una de las principales microcuencas del río La Portuguesa y una

de la más densamente pobladas, tiene una superficie total de 861,81 Ha, y

esta bajo dos áreas de administración el Área Rural que esta administrada

por MARN y e Área de Campo Elías Urbana por la Alcaldía de Campo Elías,

a continuación se presenta un análisis de la vegetación existente dentro de la

microcuenca, ya que es una característica muy particular e influyente en la

susceptibilidad de un talud y una ladera, ante el movimiento en masa, siendo

parámetros dependientes entre si. Para ello hay que tomar en cuenta que las

propiedades químicas, físicas y biológicas permiten el desarrollo de una capa

vegetal particular en cada sector que se encuentre, dichos análisis estudio

son:

Bosque medio: Esta ubicado en al parte alta de la microcuenca

entre las cotas 2100 msnm, y 1700 msnm, ocupa una superficie de

102,43 Ha. Lo que representa un total de11, 89 % del área de la

microcuenca, este bosque se encuentra delineado por la Vía que

conduce hacia la población de Jaji. En este bosque se encuentran

las nacientes de la Quebrada Aguas Calientes, esta muy poco

intervenido, existen pequeños sitio que han sido intevenidos pero

ya se observan procesos de regeneración donde existen especies

esciófilas características de bosques secundarios.

Bosque Intervenido: Este tipo de cobertura esta ubicada en la parte

alta y media de la microcuenca entre las cotas 2100 msnm y 1300

msnm, ocupando un área de 358,77 Ha, este tipo de cobertura es

121

el que ocupa mayor porcentaje dentro de la microcuenca, que

representa un 41,63 % del total. Este bosque forma parte de resto

de bosque alto y medio que ya ha sido intervenido por el hombre

donde se han explotado las especies maderables comerciales y

dejando sólo las de poco valor comercial. Actualmente solo se

consigue especies que brinda sombra al café, es importante

destacar que dentro de este bosque se encuentran aguas termales

y algunas viviendas que tienen pequeñas áreas destinadas para

cultivo como maíz, caraota, cambur y cítricos para su subsistencia

y además existen otras especies introducidas o exóticas como

Pinos, Eucaliptos, Acacias, Fresnos, Álamos, entre otros.

Bosque Ripario: Estos están asociados a los lechos de los río. Este

tipo de vegetal esta distribuida por toda la microcuenca ocupa un

área de 81,03 Ha, que representa un total de 9,40 % del total de la

microcuenca. Este tipo de cobertura se encuentra mayormente

ubicado la parte baja de la microcuenca, en el sector denominado

como el Quebradon en la vertiente derecha de la Quebrada Aguas

Calientes.

Matorral Arbolado: Se encuentra distribuida por la parte alta, media

y baja de la microcuenca ocupando un área de 71,06 Ha, lo que

representa un total de 8,25 % del área total de la microcuenca.

Estas áreas han sido por lo general intervenidas o sujetas a

quemas para la expansión agrícola y luego abandonada, con el

tiempo estas áreas se han poco a poco regenerado. De los cuales

se encuentran pequeños arbustos achaparrados y pastos.

Pastizal: Se encuentra distribuidos en su mayoría en la parte media

y baja de la microcuenca, principalmente en la vertiente derecha

de la Quebrada Aguas Calientes específicamente en el sector

122

denominado El Chamicero, estos ocupan un área de 168,96 Ha,

este tipo de vegetación ocupa el segundo porcentaje en lo que a

cobertura se refiere dentro de la microcuenca y que representa el

19,61 % del área total de la microcuenca. La vegetación

observación en estas áreas esta compuesta principalmente por

helechos y pasto como yaragua (Melinis Minultiflora), paja guinea

(Panicum Maximun) algunos curies (Prosopis sp) y cardones

(Cereus sp). Dentro de estas áreas se encuentra algunos cultivos

en laderas como lo son piñas, yuca, estos no tienen ningún tipo de

medidas de conservación.

Plantaciones: Dentro de la microcuenca existe una plantación

forestal de Pinus sp., que esta ubicada en la parte media de la

microcuenca en el sector conocido como Alto de los Guayabos y

tiene un área de 1,38 Ha, lo que representa el 0,16% del área total

de la microcuenca esta plantación se estableció para darle

cobertura vegetal a ese sitio y recuperar esta área. Alrededor de la

plantación se encuentra algunas viviendas que poseen pequeños

conucos en donde se mantienen cultivos de secano.

123

Tabla 09. Resumen de los tipos de cobertura vegetal en hectáreas de la Microcuenca Aguas Calientes.

Cobertura Área ha % Total

Bosque intervenido 358,77 41,63

Bosque medio 102,43 11,89

Bosque ripario 81,03 9,40

Matorrales 71,06 8,25

Pastizales 168,96 19,61

Plantación 1,38 0,16

Urbanismo 73,95 8,58

Viviendas rurales 4,23 0,49

Total 861,81 100,00

Fuente: Contreras, L (2005).

Mencionados cada uno de estos puntos, se tiene claro la función que

cumple la vegetación, sin importar el tipo, lo que es importante es la

densidad que presenta, convirtiéndose en una cobertura vegetal, que su

objetivo el cual es aceptado universalmente, genera la protección del suelo

superficial, de acuerdo al agente erosivo que afecte en el sector en estudio.

Características del Caudal de la quebrada Aguas Calientes

La parte más alta del Páramo pluvial subandino se caracteriza por los

afloramientos rocosos de la formación Sierra Nevada, los cuales constituyen

una asociación edáfica. El resto del Páramo pluvial andino y todo el bosque

muy húmedo montano conservan a grandes rasgos sus condiciones

climaxicas, la parte más alta del montano se caracteriza por una vegetación

124

de transición entre bosques altos y una vegetación paramera de frailejón

(espeletita sp). El bosque húmedo montano bajo esta intervenido en algunas

porciones de menor altitud, dando lugar al bosque secundario, vegetación

pionera y algunas áreas rurales con pastos y cultivos. El bosque húmedo

premontano esta casi totalmente intervenido por uso urbano, residencial rural

y vegetación secundaria poco boscosa.

Figura Nº 34. Obsérvese la microcuenca de la quebrada Aguas Calientes y el abanico que da asentamiento a los sectores Aguas Calientes, Bella Vista, La Campiña, San Miguel, Carlos Sánchez, Urbanización La Campiña y demás centros poblados urbanos de la Parroquia Matriz. Fuente: Propia (2012)

Tiempo de Concentración

Con los datos de la distancia del nivel entre el punto más alto de la

cuenca y el sitio en estudio, la estimación del tiempo de concentración de la

cuenca se define por la siguiente formula:

125

385.03

0195,0H

LTc

Donde:

Tc=Tiempo de concentración en minutos.

L=Longitud del cauce principal en metros.

H=Diferencia de elevación en la cuenca.

Datos:

L=10.45Kms se transforma a mts L= 10450,00mts

H=921,40 mts

min77.6140,921

00,104500195,0

385.03

Tc

horasTc 5,1

Lo que se considera un tiempo de concentración de 1,5horas.

Periodo de retorno.

Con los reportes de crecidas (información emanada por el Ministerio del

Ambiente), se obtiene que en los últimos 25 años, han ocurrido 3 eventos

extraordinarios, el cual se tomo como referencia los datos del río La

Portuguesa, por ser la quebrada Aguas Calientes afluente, aplicando la

fórmula matemática se adquiere el periodo de retorno, pero para este estudio

se considera el valor por tabla de la siguiente manera:

126

Como la quebrada en estudio se encuentra en una zona de alto valor del

suelo y zona histórica, el Periodo de retorno se toma entre 20 a 25 años.

Para verificar el periodo de retorno y conseguir la intensidad máxima, se

debe analizar las precipitaciones de los datos suministrados.

Análisis de la precipitación.

Esta información fue facilitada por el Ministerio del Ambiente y los

Recursos Naturales Renovables, cabe destacar que esta investigación se

tomaron datos de dicha cuenca por pertenecer al afluente de la cuenca del

río la Portuguesa, así como sus factores climatológicos, la precipitación el

cual resulta de especial importancia para los efectos del presente trabajo, la

precipitación media anual aumenta con la altitud desde 1000 mm en la

desembocadura de la quebrada Aguas Calientes, hasta 1980 mm entre las

cotas 1920 y 2000 msnm del sector Santa Rosa de la microcuenca

Albarregas y Portuguesa; luego disminuye con la altitud hasta un mínimo de

1150mm en las nacientes del río Albarregas.

A nivel anual, el sector Santa Rosa representa el centro de frente de lluvia

denominado Páramo de Los Conejos, el cual condiciona la ocurrencia de

tormentas en el área bajo análisis, lluvias que se indican en el (Tabla 10).

Tabla 10: Caudales de crecidas estimados en la cuenca

Microcuenca

Área (Km2)

CN

Gastos de Crecidas (m3/sg) Periodo de Retorno (años)

25 50 100

La Portuguesa- en afluente con Aguas Calientes

26,6

69,4

78,1

104

131

Fuente: Ministerio del Ambiente (2000).

127

Para el cálculo del periodo de retorno se tomaran datos de la estación

Mérida ya que no se tiene datos directos con respecto a las tormentas

presentadas en la microcuenca de estudio. A continuación las precipitaciones

extremas anuales de la tabla 11, de la estación Mérida.

Tabla 11: Precipitaciones extremas en mm/hr en la estación Mérida.

Año 1 hr 3 hr 6 hr 9 hr 12 hr

1986 63,0 27,0 14,0 9,3 7,0

1987 44,00 16,7 8,3 8,0 6,4

1988 55,0 20,0 10,2 6,8 5,1

1989 59,0 24,7 12,8 8,6 6,4

1990 37,0 17,3 9,5 6,4 4,9

1991 60,0 23,0 12,0 8,0 6,0

1992 47,0 19,3 10,0 8,3 6,3

1993 50,0 17,7 8,8 5,9 4,4

1994 40,0 21,3 12,8 8,6 6,4

1995 24,0 15,7 7,8 5,2 3,9

Y 47,90 20,27 10,62 7,51 5,68

δ 12,114 15,7 2,142 1,347 1,029

Fuente: Dirección de Hidrología y Meteorología. Mérida (2009)

Con esta tabla a continuación arrojara el Cálculo del año más

desfavorable que corresponderá, para obtener la intensidad máxima de

diseño. Con ello se necesita la curva I-D-F, se selecciona el P (promedio)

mas desfavorable del año. La ecuación para calcular matemáticamente el Tr

es:

128

dioañosdeestun

hhP

....31

m

nTr

1

Tabla 12: Resultados de las precipitaciones de la estación Mérida

Año P m Tr

1986 24,06 1 10

1987 16,68 8 1,25

1988 19,42 4 2,5

1989 22,3 2, 5

1990 15,02 9 1,11

1991 21,8 3 3,33

1992 18,18 5 2

1993 17,36 7 1,43

1994 17,82 6 1,67

1995 11,32 10 1

Fuente: Propia (2012) De acuerdo a los resultados obtenidos se toma el año más desfavorable

1986, para obtener la intensidad por las horas de cada año es cuestión, para

luego obtener por medio de la Curva I-D-F, la intensidad máxima de diseño.

Entonces tenemos la siguiente tabla 13.

129

Tabla 13: Resultados del año más desfavorable de la estación Mérida

(1986).

horas Precipitaciones mm

I (mm/h)

1 63 63

3 27 9

6 14 2.3

9 9.3 1.03

12 7 0.28

Fuente: Propia (2012)

A continuación se grafica los datos de la tabla 13, y ubicamos con el Tc=

1.5, para hallar la Intensidad máxima de diseño.

130

Grafico 1: Intensidad, Duración y Frecuencia

Fuente: Propia (2012)

Tr= 10 años

131

De acuerdo con el tiempo de concentración (1.50 hr), y un tiempo de

retorno de 10 años, los datos arrojados por la curva de Intensidad, Duración

y Frecuencia, indica que la intensidad de precipitación resultó 22 mm/hr

22mm/h * 2.78l/s/ha = 61.16 l/s/ha

Cálculo del Coeficiente de Escorrentía: Este coeficiente depende del

tipo suelo, la pendiente del terreno, y del tipo de cobertura vegetal del área

en estudio. Los valores típicos están indicados en el (Tabla 14)

Tabla 14. Coeficiente de Escorrentía

Fuente: Andueza P. (1989).

En la Tabla 14, con el valor de pendiente P = 12% obtenido, el cual se

encuentra entre los parámetros 5% y 20%, y seleccionando el tipo de suelo y

Cobertura

vegetal

Tipo de suelo

Pendiente del terreno

Pronunciada >50%

Alta 20% y 50%

Media 5% y 20%

Suave 1% y

5%

Despreciable 0% y 1%

Sin vegetación

Impermeable Semipermeable

permeable

0.80 0.70 0.50

0.75 0.65 0.45

0.70 0.60 0.40

0.65 0.55 0.35

0.60 0.50 0.30

Pastos vegetación

ligera

Impermeable Semipermeable

permeable

0.65 0.55 0.35

0.60 0.50 0.30

0.55 0.45 0.25

0.50 0.40 0.20

0.45 0.35 0.15

Hierba grama

Impermeable Semipermeable

permeable

0.60 0.50 0.30

0.55 0.45 0.25

0.50 0.40 0.20

0.35 0.35 0.15

0.30 0.30 0.10

Bosques, densa

vegetación

Impermeable Semipermeable

permeable

0.55 0.45 0.25

0.50 0.40 0.20

0.45 0.35 0.15

0.40 0.30 0.10

0.35 0.25 0.05

132

su cobertura vegetal, de acuerdo a lo observado en sitio, se asumió un C=

0,25. Para efecto de este proyecto.

C = 0.25

Diseño del Caudal: Para el cálculo de caudal (Q) de Diseño, se utilizó el

Método Racional, el cual está definido por la siguiente ecuación:

Capacidad hidráulica

La finalidad fue verificar en algunas secciones de flujo del trayecto

urbano, consideradas como críticas su capacidad hidráulica. Este análisis

además de haber proporcionado una visión cuantitativa, ayuda en el estudio

del comportamiento de la quebrada ante desbordes por crecidas.

Donde:

Q= Gasto de Diseño (m3/sg)

C= Coeficiente de Escorrentías. C= 0.25 (Ver tabla 14)

I= Intensidad de Precipitación en (mm/h)

A = Área de la cuenca en estudio.( ha )

La Intensidad de Diseño en m/seg.

El valor de intensidad obtenido anteriormente en mm/ h, se convirtió en

l/sg/ha mediante la siguiente conversión de unidades.

I = 22 mm/h x 1mm/h ------- 2,78 l/seg/ha = 61,16 l/seg/ha

Datos:

Q =?

133

C = 0.25

I = 61,16 l/seg/ha

A = 861,81 Ha

CxIxAQ max

Sustituimos los datos en la fórmula de Método Racional y obtenemos el

caudal de la cuenca.

seglhahaxslxQ /07.177.1381.861//16.6125.0max

segmQ /318.13max

Este resultado difiere con los datos de la investigación de Contreras, L

(2005), ya que caudal arrojado fue 2.96 l/seg, utilizando el método

volumétrico y a juicio de la microcuenca Aguas Calientes tiene un área más

pequeña en comparación con la microcuenca La Portuguesa que tiene 3

veces más área. Por lo tanto la información de las estaciones pueden afectar

los resultados ya que no tiene datos actuales para su confiabilidad. También

se puede destacar que la quebrada en cuestión obtuvo precipitaciones

intensas y que podría decirse que fueron máximas para el mes noviembre

del 2008, esta información fue suministrada por INPRADEM.

Tabla 15. Lecturas tomadas en el aforo de la quebrada Aguas Calientes.

lecturas

N° del Afluente

L1 seg L2 seg L3 seg PROMEDIO (seg) Gastos (l/seg)

1 18,55 18,85 18,47 18,623 1.0739

2 66,69 65 67,52 66,403 0.3012

3 35,97 36,17 35 35,713 0.5600

4 22,73 22,5 23 22,743 0.8794

5 131,55 130,99 127,64 130,060 0.1538

TOTAL 2.9683

Fuente: Contreras, L (2005)

134

Tabla 16: Cálculo Hidrológico del Caudal por el Método Racional

Área

delimitada

Tiempo de

concentración Tc

Coeficiente

de escorrentía

“C”

Intensidad

de lluvias

Duración ó periodo

de retorno

Método

Racional Q

A = 861.81 ha

Tc=61.77 min se tomo un

Tc = 1,5. hora

C= 0,25

I=22.00 mm/h

10 años

Q= 13.18

m3/sg Fuente: Propia (2012)

Relación Altura – Caudal

Para el cálculo de la altura-caudal, se utilizará la ecuación de Manning:

2/13/21xSxAxR

nQ

Donde:

Q= Caudal en segm /3

n=Coeficiente de Manning.

A=área de la sección transversal mojada.

R=Radio Hidráulico = A/P

P=Perímetro mojado.

S=Pendiente de La línea de energía = pendiente longitudinal del canal.

Se ha estimado un valor “n” (coeficiente de rugosidad) de 0,040

debido a las condiciones de rugosidad en el cauce.

135

Ecuación de Cowar

mmnnnnnn )543210(

no = en función del tipo del material. (grava fina 0.024).

n1 = en función del fondo del río. (moderado 0.010).

n2 = en función variación forma, tamaño y forma sección. (alterada 0.010).

n3 = en función obstrucción. (apreciable 0.025).

n4 = en función de la vegetación. (alto 0.025).

m5 = en función de meandros. (apreciable 1).

n = (0.024 + 0.010 + 0.010+ 0.025+0.025 + 1 )

n = 1.094

Método Sección de Pendiente

Es unos de los métodos más utilizados en los lugares donde no es posible

recabar información suficiente para un cálculo confiable.

Para obtener la crecida máxima se procede a definir una altura de

crecida, se obtiene el valor del área de influencia de cada sección parcial.

P = h / d (x 100)

P = (3 m / 32,79 m) x 100

P = 7.93 %

Figura 35. Área de la Sección de la Quebrada Fuente: Propia (2012)

136

A1 = (d1 / 2 + d2 / 2) * H1

A2 = (d2 / 2 + d3 / 2) * H2

AT = A1 + A2

Luego se obtiene el valor de la velocidad “v” por medio de la fórmula de

MANNIG:

2/13/21xSxAxR

nV

Donde:

V = velocidad (m /s)

R = radio hidráulico

S = Pendiente

n = coeficiente de rugosidad

Para obtener la pendiente se recurrió a los datos del levantamiento

topográfico. Los datos obtenidos en campo dieron como resultado:

Par obtener la pendiente en porcentaje se debe tener la distancia real

recorrida.

Altura crecida máxima 1.5 m

Figura 36. Área de la Sección 1 Fuente: Propia (2012)

11.40

6.10 2.30 3.00

137

Promedio de altura = (2.41 m + 2.79 m)/2

Promedio de altura = 2.60 m

A1 = (6.10m / 2 + 2.30 m / 2) * 2.41m

A1 = 10.12 m²

Figura 37. Área de la Sección 2 Fuente: Propia (2012)

A2 = (d2 / 2 + d3 / 2) * H2

A2 = (2.10 m / 2 + 2.50 m / 2 ) * 2.79 m

A2 = 6.42 m²

AT = A1 + A2

AT = 10.12 m² + 6.42 m²

AT = 16.54 m²

Área de desalojo 16.54 m ²

Cálculo del Caudal Máximo

Datos:

Área = 16.54 m²

Perímetro mojado = 10.10 m

Cálculos:

2.50 2.10 2.00

6.60

138

R = A / P.M. = 16.54 / 10.10 = 1.6376

V = 1 / 1.094 * 1.6376 ˆ(2 / 3) *0.0793 ˆ (1 / 2) = 0.36 m / s

Altura de agua:

H = (a x 2) / b

H = (16.54 mt x 2) / 9 mt

H = 3.68 mt

Esta es el área que debe haber entre la cota del caudal y la cota superior

del muro de diseño.

Análisis de las características del suelo del área en estudio

Los siguientes datos del estudio de suelo fueron aportados por el

departamento de Laboratorio Suelos, concreto y asfalto Mérida.

Este estudio de suelo es el que va aportar gran información a los datos

para el cálculo del muro a seleccionar, y con ello poder determinar la

propuesta del sistema de protección más apto para el mejoramiento de la

vulnerabilidad y socavación del talud. Estos resultados se explicaran en la

siguiente tabla de acuerdo a las especificaciones de los ensayos, basándose

en las normas Covenin (2000-88).

Ensayo de Límites de Consistencia ASTM D 4318

Ensayo de Granulometría por Tamizado ASTM C136

Ensayo de Límites de Consistencia ASTM D 4318: Los límites de

consistencia de los suelos cohesivos son índices muy importantes para la

clasificación y por su relación con el comportamiento mecánico e hidráulico.

139

La determinación de la proporción de arcilla por medio de análisis

granulométrico es imprecisa dada la forma laminar de sus granos, razón por

la cual se prefiere determinar la consistencia. La consistencia mide la

plasticidad de un suelo cohesivo y la plasticidad la proporciona la cantidad de

arcilla que el mismo contenga.

El límite líquido (LL): Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un

procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser

moldeada.

El Límite Plástico (LP): de un suelo es el menor contenido de humedad

determinado, de acuerdo con el método bajo el cual el suelo permanece

plástico. Las arenas no tienen plasticidad, los limos tienen pero muy poca, en

cambio las arcillas, y sobre todo aquellas ricas en materia son muy plásticas.

IP = LL – LP

Donde:

LL = Límite líquido.

LP = Límite plástico.

IP = Índice plástico.

Ensayo de Granulometría por Tamizado ASTM C136: El propósito del

análisis granulométrico por tamizado, es determinar cuantitativamente la

distribución de los diferentes tamaños de las partículas del suelo. Asimismo,

expresa que este ensayo granulométrico por tamizado sirve para separar en

diferentes fracciones los granos de tamaño superior a 0.075 mm. (Tamiz Nº

200), estos son los elementos arenas, gravas y fragmentos de roca.

Fo = 100 / Peso total de la muestra

140

Donde:

% Retenido = Fo x peso retenido

Otro dato expresado en la tabla 4 corresponde al porcentaje retenido

acumulado, el cual depende del porcentaje retenido acumulado (% ret acum),

este se obtuvo de la siguiente manera:

% Ret. Acumulado = % ret ant + % Ret Acumulado

El porcentaje pasante se determinó de acuerdo a la siguiente fórmula:

% Pasante = 100 - % Ret Acumulado

El resultado de este ensayo se presenta a continuación:

Fo = 100 / 4764 = 0.0209907

141

Tabla 17: Ensayo de Granulometría por Tamizado ASTM C136

Fuente: Laboratorios de Suelos, concreto y asfalto Mérida (2010).

DESIGN DEL

TAMIZ US

A PESO

RETENIDO GR

B % RETENIDO

% MAS

GRUESO

% MAS FINO

TA

MIZ

AD

O U

SA

ND

O E

L P

.T.M

Piedra o cantos

4”

3”

GR

AV

A GR

UE

SA

2 ½”

2” 1808,00 3,31 3,31 96,69

1 ½” 1022,00 1,87 5,18 94,82

1” 2680.00 4,90 10,08 89,92

¾” 2200.00 4,03 14,11 85,89

FIN

A

½”

3/8” 7321.00 13,40 27,51 72,49

¼”

N°4 7115,00 13,02 40,53 59,47

TA

MIZ

AD

O C

ON

FR

AC

CIÓ

N M

EN

OR

QU

E

P.T

.M

AR

EN

A

GR

UE

SA

N°8

N°10 177,60 14,74 55,27 44,73

ME

DIA

N°16

N°20

N°30

N°40 321,40 26,67 81,94 18,06

FIN

A

N°50

N°60

N°80

N°100

N°200 158,10 13,12 95,06 4,94

Pasa 200 4,94 100 0,00

142

Con los resultados obtenidos se conocieron las propiedades del suelo de

la zona en estudio, propiedades tales como: los límites e índices de

consistencia y la granulometría. Los resultados obtenidos en los ensayos de

suelos son analizados tomando en cuenta las clasificaciones de suelo de la

American Society for Testing Materials (ASTM) y de la American

Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).

Seguidamente, se presenta un resumen de los datos obtenidos en los

ensayos y utilizados para determinar el tipo de suelo de la zona en estudio.

Tabla 18. Granulometría, Límite Líquido, y Compactación.

Material: Muestra:

% Grava 40,53

% Arena 54,53

% Finos 4,94

Límite líquido (%) 21,09

Limite plástico NA

Índice de plástico NA

Densidad Máxima Seca kg/m3 2058

Humedad óptima (%) 6,51

Gravedad especifica del suelo (Gs) 2,38

Fuente: Laboratorios de Suelos de Suelo, concreto y asfalto Mérida (2010).

Por último, con estos valores suministrados y los porcentajes indicados a

continuación en la clasificación de suelos de la American Association of State

Highway and Transportation Officials (AASHTO); se determinó el tipo de

suelo.

En el caso de la zona en estudio, se determinó la presencia de un suelo

A-1-a(0), compuesto de fragmento de piedra, grava y arena. Dicho suelo

presenta según la tabla de clasificación (ver anexo B), el cual significa que

para terreno de fundación es de excelente a bueno, es un material formados

143

predomínate por piedra o grava, con o sin material ligante. En cuanto a la

clasificación del Sistema Unificado Clasificación de Suelo (SUCS); arroja que

un suelo de baja plasticidad y comprensibilidad de acuerdo a la carta de

plasticidad, teniendo un suelo arena y limos, que se denota con las siglas

(SM).

Tabla 19. Clasificación Generales del Tipo de Suelo en Estudio.

Símbolo Grupo SM

Nombre Clásico Arena limosa, mezcla de arena limo

Valor como terreno de apoyo Mediano a bueno

Valor como sub-base: Mediano a bueno

Valor como base Pobre

Características de drenaje Pobre a mediano

Densidad seca 1.60 a 2.08 Tn/m3

CBR 15-40

Modulo K 5536-8304 (Tn/m3)

Valor como cimentación Bueno a pobre

Capacidad de carga Alta a media

Riesgo de asentamiento Bajo

Riesgo al deslizamiento de talud Bajo

Angulo de fricción interno 29°

Coeficiente cohesión 0.65

Fuente: Propia (2012).

144

Realización de Estudio Topográfico El estudio topográfico de la zona fue realizado en el sitio, el procedimiento

a realizar para el levantamiento topográfico es el siguiente: se tomo un punto

de referencia que la cota que hay en el sitio en estudio, determinar un lugar

estratégico que permitió tomar las mediciones necesarias para construir el

plano topográfico. Luego se instalaron los equipos a utilizar (mira, el nivel, la

cinta métrica y el teodolito). El topógrafo sitúa el teodolito en un punto

estratégico que le permita tomar los datos básicos del terreno como lo son:

las distancias, ángulos, coordenadas de estaciones.

Al terminar el trabajo de campo, se procedió a realizar las labores de

gabinete que consiste en plasmar los datos obtenidos en un papel para

construir planos construyendo así, los planos topográficos los cuales fueron

de gran utilidad ya que proporcionaron información sobre la configuración del

terreno y de los elementos como lo son: el urbanismo su naturales, el curso

de agua, en este caso la quebrada Aguas Calientes aguas arriba y aguas

abajo, curvas de nivel y coordenadas de la zona en estudio, se localizaron a

través de medidas que se representan en un papel para planos para

configurar un mapa topográfico (puntos y cursos de agua), relieve general y

su morfología, accesibilidad a la traza para planificar la campaña de

reconocimientos.

A continuación se presentan las coordenadas de estación obtenidas en la

siguiente (Tabla N° 20):

145

Tabla 20: Coordenadas de estaciones

PUNTOS ESTE NORTE COTA

P27 945984.94 19252490.78 1178.60

P26 945984.21 19252485.56 1178.50

P25 945982.62 1952480.86 1178.46

P24 945980.84 19252475.61 1178.44

P23 945985.34 19252465.50 1178.30

P22 945985.72 19252455.70 1178.20

P21 945984.07 19252445.66 1178.00

P20 945988.50 19252435.58 1177.96

P19 945990.31 19252434.03 1177.93

P18 945991.86 19252432.71 1177.88

P17 945992.34 19252430.69 1177.80

P16 945992.73 19252426.69 1177.77

P15 945992.73 19252422.69 1177.74

P14 945993.44 19252418.56 1177.68

P13 945997.89 19252479.90 1181.38

P12 945997.88 19252418.80 1181.20

P11 946002.89 19252418.80 1181.20

P10 946002.89 19252432.80 1181.20

P09 945997.89 19252432.80 1181.20

P08 946002.89 19252471.40 1181.45

P07 946002.89 19252479.90 1181.45

P06 946002.89 19252483.40 1181.45

P05 945997.89 19252470.30 1181.38

P04 945997.89 19252444.61 1181.38

P03 945997.89 19252433.40 1181.12

P02 946002.00 19252467.20 1181.30

P01 946002.00 19252437.00 1181.20 Fuente: Propia (2012).

Cabe destacar, que para seleccionar la referencia de la altura aproximada

del muro se tomaron algunas cotas en distintos puntos con respecto al

caudal de la quebrada Aguas Calientes, para ello se tomó como punto de

146

referencia el urbanismo existente, se observe el plano topográfico.(ver

anexo).

Tabla N° 21. Cálculos del Perfil Longitudinal de la Quebrada Aguas Calientes en el sitio de estudio.

PTOS Distancia

(m)

COTA EJE DE LA

QUEBRADA (m.s.n.m)

P0 a P27 4.89 1178.60

P27 a P26 5.27 1178.50

P26 a P25 5.25 1178.46

P25 a P24 5.26 1178.44

P24 a P23 11.06 1178.30

P23 a P22 9.81 1178.20

P22 a P21 10.27 1178.00

P21 a P20 10.92 1177.96

P20 a P19 2.38 1177.93

P19 a P18 2.04 1177.88

P18 a P17 2.07 1177.80

P17 a P16 4.02 1177.77

P16 a P15 4.00 1177.74

P15 a P14 4.19 1177.68

Fuente: Propia (2012).

Por otro lado, los datos de la tablaN°21, los puntos mostrados fueron

seleccionado desde aguas arriba de la quebrada, así como agua abajo del

147

mismo, con puntos intermedios para mejor precisión. Para mejor

comprensión ver anexo C de planos.

Tabla N° 22. Cálculos de la Secciones de la Quebrada Aguas Calientes en el sitio de estudio.

CORTES COTAS (m.s.n.m)

Altura Talud (Δm)

Distancia

Horizontal

del pie

talud/corona

(m)

Pendiente

margen

izquierdo

(%)

A a A´ 1181-1178 3.00 1.47 204.08

B a B´ 1181- 1178 3.00 1.61 186.34

C a C´ 1181 -1178 3.00 1.77 169.49

D a D´ 1181 -1178 3.00 1.73 173.41

E a E´ 1181 -1178 3.00 1.87 160.43

F a F´ 1180.75 -

1178 2.75 4.76 57.77

G a G´ 1180.75 -1178.25

2.50 5.04 49.60

H a H´ 1180.75 -1178.25

2.50 6.03 41.46

I a I´ 1180.50 -1178.50

2.00 4.35 45.98

J a J´ 1180.75 -1178.50

2.00 7.25 27.59

K a K´ 1180.75 -1178.50

2.00 8.70 22.99

L a L´ 1181 -

1178.50 2.50 8.82 28.35

Fuente: Propia (2012).

También conviene destacar, en la tabla N° 22, donde arroja pendientes

variadas, esto quiere decir que la topografía a sido modificada no solo por los

148

fenómenos naturales sino por el hombre para el asentamiento urbano, se

debe considerar para este estudio estos datos, ya que son de suma

importancia, el cual ayudara a seleccionar el sistema de protección más

idóneo. En relación a la diferencia de cota con respecto al talud se tiene una

altura de 3,00 mts siendo esta la más alta y critica.

Selección del tipo de muro de contención

Existen gran variedad de muros, como se describieron en el capitulo II,

para hacer mención, uno de ellos es el muro de gaviones, es muy económico

porque la materia prima para su construcción son cestas de alambre y rocas

de poco tamaño, se descarta la posibilidad de realizar este muro porque

cuando se produzca la crecida del río, comenzara a romper la cesta de

alambre por el impacto que se generara a causa de el lodo, rocas, arboles

entre otros que este arrastre y destruiría el mismo.

Otro que se encuentra en cuanto a costo se refiere es el muro ciclópeo

también conocido como muro de gravedad, es resistente a los impactos y

deslizamientos, su materia prima es el 60% de rocas seleccionadas y el 40%

de concreto (puede ser concreto pobre), el rendimiento en la ejecución es

bueno, este sería un buen muro para la estabilización del talud.

A hora bien, se puede mencionar otro tipo de muro como lo es el muro de

concreto armado (Cantilever), es resistente a la compresión y no a los

impactos como el muro ciclópeo, su materia prima (Acero de refuerzo y

concreto) hace que su costo aumente en gran proporción y el rendimiento en

ejecución es más prolongado.

Realizado el análisis con los muros más utilizados en las obras hidráulicas

en cuanto a construcción se refiere, entonces se sugiere utilizar para el

proyecto el muro ciclópeo por sus características de comportamiento, costos,

rapidez y rendimiento. Por lo tanto se justifica la presentación de los cálculos

149

del Muro Ciclópeo para el socavamiento del talud natural existente de la

quebrada Aguas Calientes de la zona en estudio.

Identificación de Efectos del Proyecto.

La construcción de muros en la quebrada Aguas Calientes del sector

Aguas Calientes de Ejido, pueden producir impactos ambientales de menor

magnitud, se relacionan con su ejecución y posterior operación, como son:

movimiento de tierra, circulación de maquinaria durante la fase de

construcción, presencia en el área de personal obrero con características

socioculturales diferentes, construcción de la vialidad de acceso, depósito de

materiales de construcción, recolección, conducción del cauce del río.

Efectos Sobre el Medio Socioeconómico

En el actual estudio de impacto ambiental y sociocultural, relacionado con

las obras hidráulicas con muros de contención para el control del cause de

la quebrada en cuestión, puede tener repercusiones diversas, tanto en la

estructura como en la dinámica del área en estudio, y que va más allá del

efecto sobre un trazado espacial específico, generando mayormente cambios

inducidos por el nuevo proyecto en los patrones de comportamiento de

sectores urbanos muy relacionados a la actividad comercial o residencial.

A continuación se presentan los posibles impactos directos e indirectos

generados por actividades previstas en el diseño, se destaca que en los

aspectos socioeconómicos puede diferenciarse impactos negativos y

positivos inducidos por la construcción y operación de la obras civil en

cuestión, siendo estos últimos, los avales para la justificación de la obra

proyectada.

150

Los impactos identificados en el medio socioeconómico se presentan a

continuación, de manera tal que reflejan su interrelación, entendido, que a

partir de un impacto directo se genera una cadena de impactos indirectos

que, en algunos casos, incluye impactos positivos y negativos, a un mismo

tiempo.

Etapa de Construcción:

Molestias a los habitantes del sector.

Molestias al tránsito vehicular en la vía principal al sector Aguas

Calientes

Generación de empleo directo e indirecto.

Etapa de Operación:

Generación de empleo directo e indirecto en la ejecución de la obra

(vigilantes, obreros, mano de obra calificada).

Revalorización visual del sector.

Mejora en la calidad de vida de quiénes obtendrán empleo.

Efectos en el Medio Físico Natural.

Activación de procesos erosivos por movimiento de tierra.

Disminución de las socavaciones y asentamientos.

151

Discusión de los resultados

El trabajo se realizo mediante una serie de fases, en el diagnostico de la

situación actual de la quebrada Aguas Calientes se observo las condiciones

en que viven las personas del sector, ya que se encuentran a escasos

metros del cauce y cuando este crese por causa de las precipitaciones,

coloca en alto riesgo a la población, en el estudio hidrológico se obtuvieron

los reportes del aumento del caudal, por su gran magnitud se consideran

que la zona está en alto riesgo y así mismo lo ratifica INPRADEM, cuando

declaro zona de alto riego, también se recaudaron una serie de datos para

realizar los cálculos de caudal, escorrentía, pendiente y tiempo de retorno,

además se analizó el estudio de suelo para corroborar que se pueda

construir, logrados estos fundamentos se justifica la construcción de un Obra

Hidráulica con Muros de Contención para mitigar la socavación y el control

del caudal y a su vez impacto ambiental.

152

Propuesta

“ESTABILIZACIÓN DE TALUDES, URBANIZACIÓN LA PRADERA,

PARROQUIA MATRIZ, SECTOR AGUAS CALIENTES, MUNICIPIO

CAMPO ELÍAS, EJIDO ESTADO MÉRIDA”

Autora: Esmeralda Rivas C.I. 13.499.592

Mérida, Enero de 2012

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MÉRIDA

ESCUELA: INGENIERÍA CIVIL

dd EXTENSIÓN MÉRIDA

153

INDICE

INTRODUCCIÓN……………………………………………………….......

OBJETIVO GENERAL……………………………………………………..

JUSTIFICACIÓN……………………………………………………….......

ALCANCE……………………………………………………………….......

DESARROLLO DE LA PROPUESTA……………………………………

Calculo del Muro Ciclópeo…………..…………………………………

Suelo fundación………………………………………………………….

Suelo relleno……………………………………………………………..

Material del muro………………………………………………………..

Empuje de tierra + sobrecarga vehicular…………………………….

Centro de Gravedad…………………………………………………

Sobrecarga Vehicular (q)…………………………………………...

Total de sobrecarga…………………………………………………

Peso del relleno (Wr)……………………………………………………

Coeficiente de empuje activo (Ka)………………………………….....

Empuje activo de la tierra (Es)…………………………………………

Empuje de sobrecarga (Es)…………………………………………….

153

154

154

155

156

157

158

158

158

158

158

158

159

159

159

159

159

154

Empuje total (Ea + Es)…………………………………………………..

Resultante de la Fuerza Vertical (Rv)…………………………………

Fuerza de rose (Fr)……………………………………………………...

Factor de Seguridad contra el deslizamiento ( FSd)………………...

Momento al Volcamiento (Mv)………………………………………….

Momento al Estabilizante (Me)…………………………………………

Factor de Seguridad al volcamiento (FSv)……………………………

Esfuerzo admisible del suelo de fundación (σadm)…………………...

Punto de aplicación de la fuerza resultante (Xr)…………………………….

Excentricidad de la fuerza resultante (ex)…………………………….

Presión de contacto muro-suelo de fundación (σmax y σmin)………..

159

160

160

160

160

161

161

161

161

161

161

155

INTRODUCCIÓN

El cálculo de un muro está sustentado por una serie de información

para poder realizarlo, tal es el caso del muro ciclópeo que requiere de datos

como el suelo de fundación, suelo de relleno, material del muro, condiciones

del sitio y las dimensiones del mismo, como lo son el ancho de la zapata, alto

de la zapata, alto de la pantalla, ancho del fuste, ancho de la corona, ancho

de la puntera y ancho del talón. Se toman en consideración varios puntos,

entre ellos tenemos el empuje de tierra más sobrecarga vehicular para

obtener el centro de gravedad y la sobrecarga vehicular, con estos datos se

alcanza el total de sobrecarga.

Para continuar con el cálculo se usaran una serie de fórmulas para

consignar los resultados. El objetivo de estas fórmulas matemáticas es

determinar que se cumplan con algunos factores de seguridad según las

normas.

En realidad lo que se requiere son las dimensiones del muro y el

material que se va a utilizar.

156

Objetivo General

La siguiente propuesta tiene como objetivo fundamental diseñar un muro

de protección adecuado a las condiciones físicas del sitio La siguiente

propuesta tiene como objetivo principal plantear obra de protección hidráulica

adecuado a las circunstancias físicas, mecánicas de la zona, como lo es la

estabilización de taludes, ubicado en la Urbanización La Pradera, parroquia

Matriz, sector Aguas Calientes del Municipio Campo Elías de Ejido Estado

Mérida, mediante el método estándar y normas vigentes, para la mitigación

del movimiento de la masa de suelo y socavación del talud, el cual compone

la base de algunas de las viviendas de este sector en estudio y poder

beneficiar del mismo modo a la comunidad.

Justificación

Con esto se plantea el diseño de una obra de contención siendo esta la

más adecuada, previamente estudiada y realizada la investigación con el

propósito de proteger la microcuenca de la quebrada Aguas Calientes, en la

parte baja del sector Aguas Calientes.

Motivado a la necesidad de proteger, mitigar y resguardar la vida de los

habitantes en especial el sector estudiado se plantea la alternativa del muro

más factible para tan grave problema como es la desestabilización del talud

natural del sitio en cuestión, de igual modo se esboza la propuesta para la

aplicación del muro de concreto ciclópeo, ya que el mismo es el que presenta

las características de diseño más apropiadas a las condiciones y

dimensiones que presenta el sector.

Durante la investigación realizada y después de estudiarse todos los

aspectos físicos mediante las observaciones directas en campo, el estudio

157

topográfico, el estudio de suelo, y todos aquellos aspectos importantes que

pudieran afectar la zona estudiada, permitió plantear la solución más

probable ante la problemática presente que afecta de manera directa a los

habitantes de la parte baja del sector Aguas Calientes.

Frente a esta situación, se considera la necesidad de desarrollarse esta

propuesta, siendo este el muro más indicado que va impedir el deslizamiento

de tierra del talud del sitio, y del mismo modo impedir el daño a los

habitantes de este sector, ya que les brindará bienestar y lo más importante

la seguridad a los mismos.

Alcances

Este proyecto de investigación tiene la importancia de solucionar la

problemática del sector en estudio, por tal razón esta propuesta plantea el

diseño de un muro de contención de acuerdo a la característica físico,

mecánicos, geomorfológicos, topográficos, entre otros; de la zona. Con el

objeto que los entes gubernamentales y la comunidad tomen carta en el

asunto y sectores aledaños.

La implementación de esta propuesta es que sea desarrollada, bien sea a

corto o mediano plazo, ya que como se menciono anteriormente es una

solución factible que abarata costo en cuanto a la mezcla, de fácil y rápida

ejecución, y que también es importante destacar que se adapta al tipo de

suelo existente, son efectivos para estabilizar. Logrando cubrir la

necesidades de una comunidad y el impacto ambiental que pueda generar

un deslizamiento de tierra.

158

DESARROLLO DE LA PROPUESTA

Esta propuesta se fundamentó en una obra de contención del tipo muro

ciclópeo para el control del caudal de la quebrada Aguas Calientes. Se tomo

en cuenta el diagnostico del sector por medio de una observación en el sitio,

se apoyó en el estudio topográfico, de suelo para comprobar el problema

que genera la quebrada o a la comunidad, de este modo se procedió al

cálculo del sistema de canalización que se efectuara con muro ciclópeo

como resultado de esta investigación. Del mismo modo, todos los datos

recopilados junto con sus procesos se expresan de acuerdo a los objetivos

específicos y sus fases.

A continuación se presentará el cálculo del muro ciclópeo para la

estabilización de Taludes de la quebrada Aguas Calientes en el sector en

estudio:

159

C≽25 cm

h H

P F T

E

C = 0.40 m P PUNTERA

H = 4.00 m T TALON

B = 2.50 m 1.60 ≼B≼ 2.80 C CORONA

P = 0.50 m 0.63 ≼P≼ F PANTALLA O FUSTE

F = 0.80 m F≽ 0.40

T = 1.20 m T= 1.20

E = 1.00 m E≽ 0.40

h= 3.00 m

C

B

PANTALLA

ZAPATA

0.4H ≼ B≼ 0.7H

0.30 ≽ 0.25

Calculo del Muro Ciclópeo

160

3.00

4.00

1.00

O

ɤ = kg/m3 ɤ = kg/m

3f `c = 180 kg/cm

2

Df = 3.00 m ∅ = 350

f y = kg/cm2

∅ = 290

C = 0.120 kg/cm2

ɤc = kg/m3

C = 0.650 kg/cm2

ɤp = kg/m3

qult = 6.00 kg/cm2

CASO 1: EMPUJE DE TIERRA + SOBRECARGA VEHICULAR

Ʃ =

Peso Propio ( P.P ): P.P = kg/m

Centro de Gravedad:

Xcg = = 1.0663 m Ycg = = 1.27 m

Sobrecarga Vehicular ( q ):

q = ɤx Hs Hs = 0.60 AASHTO 2002

q = x 0.60 = kg/m2

0.40

4200.00

2400.00

3.00 0.50 0.40 0.40 1.20

0.80

2.50

suelo fundacion suelo relleno material del muro

2018.00 2018.00

Peso y momento estabilizante por 1 m de longitud de muro

1200.00

FIGURA

BRAZO X

( m )

BRAZO Y (

m )

PESO (

kg/m)

PESO x BRAZO X ( kg-

m/m )

PESO x BRAZO Y (

kg-m/m )

1 1.25 0.50 6,000.00 7,500.00 3,000.00

3 1.03 2.00 1,440.00

2,016.00 7,200.002 0.70 2.50 2,880.00

1,488.00 2,880.00

10,320.00 11,004.00 13,080.00

10,320.00

2018.00 1210.80

13,080.00

10,320.00 10,320.00

11,004.00

32

1

161

Total de Sobre Carga ( Ws ):

Ws =

Ws = x ( 1.20 + 0.40 ) = kg/m

Aplicada a X = 1.70 m

Peso del Relleno ( Wr ):

Vr= 3.00 x 1.20 x 1.00 = 3.60 m3/m

Vr= 3.00 x 0.40 x 1.00 = 0.60 m3/m

Wr = ɤ x Vr= x 4.20 = kg/m

Aplicada a X = 1.90 m

Aplicada a X = 1.17 m

Coeficiente de empuje activo ( Ka ): ∅= 290

0.5061

Ka= = =

Empuje activo de la tierra ( Ea ):

Ea = (1/2 x ɤ x H2 ) x Ka

ɤ= kg/m3

Ea = kg/m

H = 4.00 m

Ka=

Aplicada a Y = 1.33 m

Empuje de sobre Carga ( Es ):

Es = q x H x Ka Es = x 4.00 x = 1695 kg/m

Aplicada a Y = 2.00 m

Empuje Total ( Ea + s ):

Ea + s = Ea + Es kg/m

q x ( C + T )

1210.80

1 - sen ∅ 1-sen 29 0.350

1,937.28

Volumen ( Vr): Vr= h x T x 1 m

2

2018.00 8,475.60

1 + sen ∅ 1 + sen 29

2018.00 5650.40

0.350

1210.80 0.350

Ea + s = 7345.52

162

Resultante de las Fuerzas Verticales ( Rv ):

Rv = P.P + Wr + Wa Rv = kg/m

Ws =

1.70

Wr

Es =

Wr

Ea =

P.P=

1.07

1.27

Empuje Activo Vertical ( Eav ): Eav =

Empuje Pasivo ( Ep ): Ep =

Empuje Horizontal ( Eh): Eh= Eh= + -

Eh= kg/m

Fuerza de roce ( Fr ):

Angulo de fricion suelo-muro ∅= 290

δ= 2/3 ∅ δ= 19.330

0.33743

C´= 0.50 C C´= 0.33 kg/cm2

kg/m2

μ = Tang ( δ ) μ = 0.35

Fr = μ x ( Rv + Eav ) + C´ x B + Ep

Fr = 0.35 x ( + 2018.00 ) + x 2.50 + 3178.35 = kg/m

Factor de Seguridad contra el deslizamiento ( FSd):

FSd= Fr = = 4.63 ≽ 1.50 (O.K)

Eh

Momento al Volcamiento (Mv):

Mv= Ea x Ya + Es x Ys Mv= x 1.33 + x 2.00

Mv= kg-m/m

20,732.88

1,937.28

1210.8

1.17

2.00

1.50

1.33

1695.12

7264.8

1.90

5650.40

10,320.00

4,167.17

2018.00

3178.35

Ea + Es 5650.40

19,285.46

19,285.46

1695.12 3178.35

4,167.17

3,250.00

20,732.88 3250.00

5650.40 1695.12

10,924.11

163

Momento al Estabilizante (Me):

Me= Ws x Xs + Wr x Xr + P.P x Xp.p

Me= kg-m/m

Factor de Seguridad al volcamiento (FSv):

FSv= Me FSv= = 2.70 ≽ 1.50 (O.K)

Mv

Esfuerzo admisible del suelo de fundacion (σadm):

FScap portante ≽ 2

σadm= qult qult = 6.00 kg/cm2

σadm= 6.00 = 3.00 kg/cm2

FScap portante 2

σadm= kg/m2

Punto de aplicación de la fuerza resultante (Xr):

Xr= Xr= - = 0.897 m

Excentricidad de la fuerza resultante (ex):

ex= ( B/2 - Xr) ex= 2.50 - 0.89659 = 0.3534 m

2

caso de carga: ex ≼ B/6 #####

0.3534 ≼ 0.41667

Presion de contacto muro-suelo de fundacion (σmax y σmin)

σmax = Rv/B X(1+ (6Xex/ B)) σmax = kg/m2

σmin = Rv/B X(1- (6Xex/ B)) σmin = kg/m2

≼ σadm ≼ (O.K)

29,513.10

29,513.10

30000.00

10,924.11

Me - Mv 29,513.10

15,327.18

10,924.11

Rv 20,732.88

σmax 15327.18 30000.00

1,259.13

164

0

Rv=

1259.1315327.18 σmax σmin

20,732.88

0.90

DIMESIONES DEL MURO DE CONCRETO CICLÓPEO

165

Factibilidad de la Propuesta

Finalmente, de acuerdo con los resultados obtenidos del cálculo

propuesto, se observó y se chequeo que el diseño es factible y aplicable, a

esta zona en estudio, ya que soporta las cargas y presentan seguridad al

deslizamiento y al volcamiento en el caso de los estribos, solucionando los

graves problemas de deslizamientos en los taludes presente, siendo estos de

confiabilidad, puesto que fue comprobado con cálculos matemáticos.

Factibilidad Económica

Analizados los costos para la ejecución de un muro a un margen de la

quebrada Aguas Calientes en la urbanización La Pradera, se puede decir,

que económicamente no presenta problema alguno, tomando en cuenta que

los recursos para su construcción son enmarcados por entes

gubernamentales bajando recursos a los consejos comunales. Para la

ejecución de dicha obra se requiere de un financiamiento que alcance el

desarrollo total del mismo, el monto presupuestado es 3.201.293,55 Bs., el

cual incluye el impuesto al valor agregado (I.V.A).

La implantación de dicha obra de contención en el Sector Aguas

Calientes, permitirá mejorar y mitigar los deslizamientos que ocasionan

daños a las viviendas.

Factibilidad Técnica de la Propuesta

La construcción del muro de contención habiendo realizado un buen

diseño no representa dificultad para su construcción, porque se puede

adquirir los materiales en el sitio y/o en las diferentes casas comerciales

cercanas a la zona.

166

Factibilidad Social de la Propuesta

Con este proyecto, se pretende generar empleo directo e indirecto con la

coordinación de profesionales responsable, la ejecución de este diseño se

pretende lograr la tranquilidad a los habitantes del sector en cualquier

momento que se presente el fenómeno de las lluvias y el desempeño

eficiente de las actividades económicas del área.

Factibilidad Ambiental de la Propuesta

Con la construcción de esta obra de contención, si generara impacto pero

para el momento de la ejecución se contará con un plan de protección de las

áreas que serán afectadas, y así minimizar las afecciones.

167

CONCLUSIONES

Los Sectores que se encuentran en la cercanía de la microcuenca Aguas

Calientes se beneficiará con el diseño del muro de contención, ya que

representa una solución adecuada a una de las necesidades más urgentes,

proporcionando la tranquilidad y servicio a los habitantes, así como los

comerciantes que hacen vida en el sector, recordando que la zona según el

recorrido realizado con las planillas de observación de campo se corroboro

que el sector Aguas Caliente es productiva en cuanto al cultivo agrícola en la

parte alta de la cuenca, así como también a la artesanal y que por ende

estas comunidades han estado afectadas por los fenómenos fluviales.

Otro aspecto importante a considerar en esta investigación, son los datos

recopilados, seleccionado y analizados, en lo que respecta a la información

hidrológica y geomorfológica de la microcuenca Aguas Calientes cuenta con

poca información fidedigna para ser mas certeros en los cálculos

matemáticos. Sin embargo con los pocos datos se pudo llegar a determinar

el diseño del muro más adecuado el cual soportará el empuje del agua y los

sedimentos de diferentes tamaños que fluyen por la quebrada mencionada,

para saber las causas que arrojaron datos bastantes favorables y el

cumplimiento de los objetivos, permitiendo de esta manera dar la mejor

solución a tan grave problema como es el caso del socavamiento del talud

natural el cual compone las bases de algunas de las viviendas del sector de

Aguas Calientes específicamente Urbanización La Pradera en riesgo de

deslizamiento.

En este sentido el diseño propuesto para este proyecto es un Muro de

Concreto Ciclópeo, el cual es bastante económico y de rápida ejecución, así

como también es muy estable en talud de poco tamaño y tienen ventajas en

cauces amplios con tirantes pequeños, su efectividad de acuerdo al

168

predimensionado realizado, es una alternativa viable, factible y aplicable en

cualquier zona, en especial la que se estudio, ya que su utilidad es la

corrección de causes como protección del deslizamiento y socavación de

talud, como es el caso en estudio.

Dicho muro está constituido por 40% de piedra y el 60% de concreto, su

característica radica, en que su concreto es de baja resistencia, lo que

permite disminuir su costo por no llevar acero principal y no requerir de mano

de obra especializada.

Así mismo, por su forma y característica, donde se refleja el diseño

particular de este tipo de muro de concreto ciclópeo, corroboro que es

efectivo para la protección del talud, demostrando que con el cálculo

propuesto, se hace efectiva su aplicación, ya que cumple con el objetivo

planteado, viéndose que con este diseño de protección adaptado a las

condiciones, dimensiones y requerimiento de la zona en estudio, se

disminuirá el riesgo de deslizamiento y socavamiento del talud.

Con el chequeo y la efectividad del Muro de Concreto Ciclópeo, el cual es

una estructura que presentan características positivas aplicadas en estos

casos, donde se presentan dimensiones pequeñas y rápidas para dar una

solución ya que el mismo mantiene su estabilidad y eficiencia.

Finalmente este tipo de obra de contención, representa una solución

valida, tomando desde el punto de vista tanto técnico como económico para

la construcción de obras, para cualquier ambiente como es el caso en

estudio de la quebrada Aguas Calientes, en condiciones climáticas y aun en

zonas de poco a difícil acceso.

169

Recomendaciones

De acuerdo a la investigación realizada y luego de haber recabado toda la

información necesaria, y basándose en el análisis y diseño se tiene la

siguientes observaciones.

También sería interesante que actualizaran la cartografía del Estado

Mérida y sus municipios, ya que no se consigue información fidedigna,

para este y otros tipos de estudios

Sería útil hacer algunas recomendaciones a la comunidad en estudio,

para crear conciencia en el momento de realizar construcciones en las

adyacencias de las quebradas y río y evitar la proliferación de

desechos al caudal y orillas del río.

Realizar estudio de crecida y amenaza hidrológica de las microcuenca

en especial la de Aguas Calientes, ya que no la toman en cuenta

como otro afluente del río La Portuguesa.

Los problemas que se presentan a lo largo del trayecto urbano de la

quebrada Aguas Calientes se pueden solucionar, solo se necesita de

acciones que sean efectivas para asegurarla prevención de desastres

y además la recuperación sanitaria y visual del cauce portal motivo se

propone lo siguiente:

Se requiere evaluación e inspección del cauce y de las obras

construidas a lo largo del trayecto urbano, se deben presentar

además, informes de los datos recabados que servirán para el control

y manejo de las áreas más alejadas de la zona de impacto directo.

. Construcción de nuevas obras, como muros en los sitios que sean

necesarios.

170

El objetivo de estas obras es estabilizar el lecho de la corriente de

agua y disminuir la energía cinética del flujo, así como mantener el

agua alejada de las zonas con desarrollos urbanísticos.

. Limpieza del cauce, la cual comprende remover todos los materiales

sólidos que se encuentren en tránsito a lo largo del trayecto y en las

secciones de flujo ya que al disminuir estos baja la capacidad

hidráulica de la quebrada.

También sería de importancia eliminar la maleza en las orillas de la

quebrada por lo menos cada 6 meses.

Control de las aguas servidas, es importante en primer lugar para

mejorar la calidad del agua por el grado de contaminación que

presenta, en segundo lugar, por ser causa de infiltraciones por

tuberías averiadas las cuales causan la saturación de los terrenos,

aumentando su inestabilidad.

Evitar los cortes en los taludes para la construcción de edificaciones,

ya que generan condiciones para la ocurrencia de movimientos de

masa.

En zonas de altas pendientes que fueron deforestadas, se recomienda

la siembra de arbustos o arboles para proteger el talud y evitar la

caída de rocas o posibles movimientos de masa a futuro.

Es importante que las instituciones competentes (Alcaldía), para dar

permisos de construcciones o remodelaciones de viviendas, realicen

las inspecciones siguiendo sus reglamentos y de esta manera las

construcciones se hagan respetando lo previsto en la ley respecto a

las zonas protectoras presentes.

Establecer un programa que contemple educación ambiental y

prevención en caso de emergencias para la población, y así disminuir

el riesgo en la zona.

171

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Bolivariana de Venezuela. N 39.168 (Abril 29, 2009).

175

ANEXOS “A”

(Planilla de instrumentación de Campo)

176

177

178

ANEXOS “B”

(Tabla para clasificación de suelo)

179

Tabla Clasification American Association of State Highway and

Transportation Officials (AASHTO).

Fuente: Kraemer y otros, (2004).

180

ANEXOS “C”

(Plano Topográfico)

(Mapas Municipio Campo Elías)

181

MAPA DEL MUNICIPIO CAMPO ELÍAS, INDICANDO LAS CUENCAS QUE SON AFLUENTES DEL RÍO CHAMA.

Delimitación de la microcuenca Aguas Calientes, zona en estudio.

182

183

184

185