Estabilización de taludes de la carretera pe 3n, km 263+100

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(1)i. UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZAN” HUÁNUCO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. “ESTABILIZACION DE TALUDES DE LA CARRETERA PE-3N, KM 263+100". TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL TESISTA: Bach. JOSEPH B. GARCIA SALAZAR ASESOR: Ing. JORGE, ZEVALLOS HUARANGA. HUÁNUCO - PERÚ 2017.

(2) I.

(3) II. DEDICATORIA A Dios, por brindarme la sabiduría y la dicha de la vida, y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita fidelidad, bondad y amor. A Mis padres, por su gran cariño, apoyo y confianza que me brindan en cada momento de mi vida, empujándome a lograr mis objetivos. A la EAPIC, por brindarme la oportunidad de formarme como un profesional en el campo de la ingeniería y a su vez un agradecimiento muy especial a los docentes integrantes de esta escuela académica..

(4) III. AGRADECIMIENTO Al Ing. Jorge Zevallos Huaranga, por su apoyo en el tiempo dedicado a la orientación de este trabajo de investigación.. El tesista..

(5) IV. RESUMEN Mantener estable los taludes es muy importante en las carreteras, por lo que es indispensable plantear métodos correctivos de estabilización en taludes que se observa que puedan fallar o que hayan fallado parcialmente, ya que si estos fallan por completo pueden alterar el normal funcionamiento de la vía, por lo que en esta ocasión planteamos como sistema de estabilización de taludes de la Carretera PE-3N, Km. 263+100, muros reforzados con geosinteticos y además verificaremos la estabilidad de los taludes adyacentes al Km. 263+100; debido a que esta es una vía muy importante en la Región Huánuco, ya que da acceso a cuatro provincias (Dos de Mayo, Huamalies, Lauricocha y Yarowilca) y también nos comunica a la Región Ancash. Para proceder con los diseños del sistema de estabilización y análisis de estabilidad de los taludes primeramente nos enfocamos en el trabajo de campo como la topografía, la realización de las calicatas para la extracción de las muestras, identificación y delimitación de la microcuenca de influencia, además de recoger datos de sismicidad de la zona, datos hidrológicos, etc. Para posteriormente realizar el procesamiento de los datos obtenidos tanto en campo como en laboratorio; con todos estos datos obtenidos pasamos a realizar el diseño del muro reforzado con geosinteticos,. obteniendo. factores. de. seguridad. optimos. para. las. dimensiones del muro planteadas; y finalmente realizar el análisis de estabilidad de los taludes adyacentes al sector en estudio en el software Goe-Slope,. obteniendo. factores. de. seguridad. monitoreando el comportamiento de los taludes.. que. indican. estar.

(6) V. SUMMARY Keeping stable slopes is very important on the roads, so it is essential to propose corrective methods of stabilization in slopes that are observed to fail or have partially failed, since if they fail completely can alter the normal operation of the road, so that on this occasion we propose as a stabilization system for slopes of the PE-3N Road, Km. 263 + 100, walls reinforced with geosynthetics and we will also verify the stability of the slopes adjacent to Km 263 + 100; because this is a very important route in the Huánuco Region, since it gives access to four provinces (Dos de Mayo, Huamalies, Lauricocha and Yarowilca) and also communicates to the Ancash Region. In order to proceed with the designs of the stabilization system and stability analysis of the slopes, we first focus on the field work as topography, the realization of the pits for the extraction of the samples, identification and delimitation of the micro-basin of influence, in addition to collect seismicity data from the area, hydrological data, etc. To later perform the processing of the data obtained both in the field and in the laboratory; with all these data obtained we proceed to make the design of the wall reinforced with geosynthetics, obtaining optimum safety factors for the dimensions of the raised wall; and finally perform the stability analysis of the slopes adjacent to the sector under study in the Goe-Slope software, obtaining safety factors that indicate to be monitoring the slope behavior..

(7) VI. INDICE GENERAL. DEDICATORIA ............................................................................................................. II AGRADECIMIENTO ................................................................................................... III RESUMEN .................................................................................................................. IV SUMMARY ................................................................................................................... V INDICE GENERAL ...................................................................................................... VI INDICE ....................................................................................................................... VII INDICE DE TABLAS ................................................................................................... XI INDICE DE FIGURAS .............................................................................................. XIV INDICE DE FOTOGRAFÍAS ................................................................................... XVII INTRODUCCIÓN ................................................................................................... XVIII.

(8) VII. INDICE CAPITULO I – PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................. 1 1.1.. Generalidades ............................................................................... 1. 1.2.. Antecedentes y fundamentación del problema .............................. 2. 1.2.1.. Antecedentes .......................................................................... 2. 1.2.2.. Fundamentación del problema ................................................ 3. 1.3.. Formulación del problema ............................................................. 5. 1.3.1.. General ................................................................................... 5. 1.3.2.. Específicas ............................................................................. 5. 1.4.. Objetivos ....................................................................................... 5. 1.4.1.. General ................................................................................... 5. 1.4.2.. Específicos ............................................................................. 6. 1.5.. Justificación e importancia ............................................................. 6. 1.6.. Limitaciones y alcances ................................................................. 7. 1.6.1.. Limitaciones ............................................................................ 7. 1.6.2.. Alcances ................................................................................. 7. 1.7.. Hipótesis de investigación e hipótesis nula .................................... 8. 1.7.1.. Hipótesis general (H1) ............................................................. 8. 1.7.2.. Hipótesis especificas ............................................................... 8. 1.8.. Sistema de variables, dimensiones e indicadores ......................... 9. 1.8.1.. Variable Independiente ........................................................... 9. 1.8.2.. Variable Dependiente .............................................................. 9. 1.8.3.. Variable Neutra ....................................................................... 9. 1.9.. Matriz de consistencia ................................................................. 10. 1.10.. Definición operacional de variables, dimensiones e indicadores 11. CAPITULO II – MARCO TEÓRICO .......................................................... 12 2.1.. Introducción ................................................................................. 12. 2.2.. Revisión de estudios realizados .................................................. 12. 2.3.. Bases conceptuales .................................................................... 14. 2.3.1.. Nociones básicas sobre taludes ............................................ 14. 2.3.2.. Clasificación de los taludes ................................................... 14. 2.3.3.. Factores que intervienen en la estabilidad de un talud .......... 15.

(9) VIII. 2.3.4.. Mecanismos de falla de los taludes ....................................... 17. 2.3.5.. Tipos de fallas más comunes en los taludes ......................... 18. 2.3.6.. Métodos correctivos para la estabilización de taludes ........... 21. 2.3.7.. Resistencia al corte de los suelos ......................................... 22. 2.4.. Modelos de análisis de estabilidad de taludes ............................. 36. 2.4.1.. Calculo de estabilidad de taludes .......................................... 36. 2.4.2.. Análisis de estabilidad ........................................................... 36. 2.4.3.. Metodologías para el análisis de estabilidad ......................... 39. 2.4.4.. Características del análisis de límite de equilibrio ................. 42. 2.4.5.. Concepto de factor de seguridad (F.S.)................................. 42. 2.4.6.. Concepto de superficie de falla ............................................. 44. 2.4.7.. Parámetros utilizados en los análisis de límite de equilibrio .. 48. 2.4.8.. Limitaciones de los métodos de límite de equilibrio ............... 53. 2.4.9.. Métodos de límite de equilibrio .............................................. 54. 2.4.10. Tablas para análisis rápidos .................................................. 57 2.5.. Marco situacional......................................................................... 58. 2.6.. Definición de términos básicos .................................................... 59. CAPITULO III - MARCO METODOLÓGICO ............................................. 61 3.1.. Introducción ................................................................................. 61. 3.2.. Tipo de investigación ................................................................... 62. 3.3.. Diseño de la investigación ........................................................... 63. 3.3.1.. Diseño gráfico ....................................................................... 63. 3.3.2.. Diseño programático ............................................................. 64. 3.4.. Universo/población, muestra y unidad de muestreo .................... 65. 3.4.1.. Universo/población y muestra ............................................... 65. 3.4.2.. Ubicación .............................................................................. 66. 3.5.. Técnicas de Recolección y Tratamiento de Datos ....................... 69. 3.5.1.. Técnicas de recolección de datos ......................................... 69. 3.5.2.. Instrumentos de recolección de datos ................................... 70. CAPÍTULO IV – DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN ....................... 72 4.1.. Introducción ................................................................................. 72. 4.2.. Propuesta Técnica de Estabilización de Taludes ......................... 72. 4.3.. Estudios Realizados .................................................................... 72.

(10) IX. 4.3.1.. Levantamiento topográfico .................................................... 72. 4.3.2.. Estudio hidrológico ................................................................ 76. 4.3.3.. Descripción geológica ........................................................... 90. 4.3.4.. Sismicidad de la zona ........................................................... 94. 4.3.5.. Mecánica de suelos .............................................................. 96. 4.4.. Muro de contención reforzado con geosintetico ......................... 101. 4.4.1.. Diseño de muro ................................................................... 101. 4.4.2.. Límites de diseño ................................................................ 104. 4.4.3.. Análisis de estabilidad interna ............................................. 111. 4.4.4.. Análisis de estabilidad externa ............................................ 118. 4.4.5.. Análisis de Estabilidad Externa con Cargas Dinámicas ....... 125. 4.5.. Especificaciones generales de construcción.............................. 129. 4.5.1.. Geotextil .............................................................................. 129. 4.5.2.. Material de relleno .............................................................. 129. 4.5.3.. Material de fundación .......................................................... 130. 4.5.4.. Equipo................................................................................. 131. 4.6.. Proceso constructivo ................................................................. 131. 4.6.1.. Preparación de la fundación ................................................ 131. 4.6.2.. Construcción del sistema de drenaje .................................. 131. 4.6.3.. Colocación del geotextil ...................................................... 133. 4.6.4.. Colocación del material de relleno ...................................... 134. 4.6.5.. Construcción de las capas .................................................. 135. 4.6.6.. Recubrimiento de la cara del muro ...................................... 136. 4.7.. Análisis de estabilidad de los taludes adyacentes ..................... 137. 4.7.1.. Secciones analizadas ......................................................... 138. CAPÍTULO V – DISCUSIÓN DE RESULTADOS.................................... 148 5.1.. Introducción ............................................................................... 148. 5.2.. Comparación de resultados ....................................................... 148. CONCLUSIONES ................................................................................... 151 RECOMENDACIONES .......................................................................... 153 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 154 ANEXOS ................................................................................................ 157 9.1.. Plano topográfico....................................................................... 157.

(11) X. 9.2.. Datos de precipitación SENAMHI .............................................. 158. 9.3.. Plano de la alcantarilla propuesta .............................................. 159. 9.4.. Resultados de los ensayo de suelos ......................................... 160. 9.5.. Especificaciones técnicas del geotextil ...................................... 161. 9.6.. Plano del muro reforzado con geotextil ...................................... 162.

(12) XI. INDICE DE TABLAS Tabla 1.1 - Matriz de consistencia ............................................................... 10 Tabla 1.2 - Operacionalización de variables ................................................ 11 Tabla 2.1 - Clasificación de taludes ............................................................. 15 Tabla 2.2 - Métodos correctivos para la estabilización de taludes................ 22 Tabla 2.3 - Valor del parámetro de Skempton para diferentes arcillas ......... 31 Tabla 2.4 - Metodologías utilizadas en la modelación de taludes................. 41 Tabla 2.5 - Métodos de análisis de estabilidad de taludes ........................... 56 Tabla 2.6 - Listado de tablas para el cálculo de la estabilidad de taludes .... 58 Tabla 3.1 - Esquema del diseño de la investigación .................................... 65 Tabla 3.2 - Coordenadas UTM de los kms. de interés ................................. 68 Tabla 4.1 - Datos de precipitación máxima de la estación de Jacas Chico (2002-2016) .......................................................................................... 78 Tabla 4.2 - Datos de precipitación máxima en orden decreciente de la estación de Jacas Chico (2002-2016) ................................................... 78 Tabla 4.3 - Comportamiento de las precipitaciones máximas, para diferentes periodos de retorno ............................................................................... 79 Tabla 4.4 - Parámetros geomorfológicos de la microcuenca ........................ 82 Tabla 4.5 - Calculo de la precipitación máxima ajustado a la distribución GUMBEL, para un periodo de retorno de 25 años ................................. 83 Tabla 4.6 - Valores del coeficiente de escorrentía ....................................... 85 Tabla 4.7 - Caracteristicas principales de las alcantarillas TMC................... 86 Tabla 4.8 - Valores del coeficiente de Manning ........................................... 88 Tabla 4.9 - Leyenda del mapa geológico ..................................................... 93.

(13) XII. Tabla 4.10 - Coordenadas UTM de la ubicación de las calicatas ................. 97 Tabla 4.11 - Resultados de los ensayos de laboratorio .............................. 100 Tabla 4.12 - Resultados de los esfuerzos horizontales de acuerdo a la profundidad generados por la rueda N° 1 y N° 2 ................................. 108 Tabla 4.13 - Resultados de los esfuerzos horizontales de acuerdo a la profundidad generados por la rueda N° 3 y N° 4 ................................. 109 Tabla 4.14 - Resultados de los esfuerzos horizontales de acuerdo a la profundidad generados por la rueda N° 5 y N° 6 ................................. 109 Tabla 4.15 - Resultados de los esfuerzos horizontales de acuerdo a la profundidad generados por la rueda N° 7 y N° 8 ................................. 110 Tabla 4.16 - Resumen de los esfuerzos horizontales de acuerdo a la profundidad generados por toda las ruedas ........................................ 110 Tabla 4.17 - Factores de reducción para geotextiles en aplicaciones de separación y refuerzo .......................................................................... 112 Tabla 4.18 - Resumen de los esfuerzos horizontales total de acuerdo a la profundidad ......................................................................................... 113 Tabla 4.19 - Calculo de la separación vertical del geotextil de acuerdo a la profundidad ......................................................................................... 114 Tabla 4.20 - Calculo de los espesores y longitudes de capa ...................... 118 Tabla 4.21 - Factores de seguridad para análisis estático ......................... 118 Tabla 4.22 - Factores de seguridad para análisis sísmico.......................... 119 Tabla 4.23 - Profundidades mínimas de cimentación para muros en suelo reforzado y taludes .............................................................................. 122.

(14) XIII. Tabla 4.24 - Especificaciones generales del material para la construcción de terraplenes .......................................................................................... 130 Tabla 4.25 - Especificaciones de suelo relleno, según la FHWA ............... 130 Tabla 4.26 - Ubicación de las secciones de análisis .................................. 139 Tabla 4.27 - Propiedades del material en unidades de trabajo del software Geo-Slope ........................................................................................... 140.

(15) XIV. INDICE DE FIGURAS Figura 2.1 - Falla de base o profunda de un talud ........................................ 17 Figura 2.2 - Falla al pie del talud .................................................................. 18 Figura 2.3 - Falla en la cara del talud ........................................................... 18 Figura 2.4 - Presión soportada por un volumen infinitesimal de suelo ......... 25 Figura 2.5 - Resistencia pico y residual ....................................................... 29 Figura 2.6 - Dirección de esfuerzos principales en la falla de un talud ......... 32 Figura 2.7 - Envolvente de falla y círculo de Mohr ....................................... 33 Figura 2.8 - Trayectoria de esfuerzos .......................................................... 35 Figura 2.9 - Ejemplo de un análisis de estabilidad de taludes ...................... 37 Figura 2.10 - Superficie de falla y dirección de la resistencia al cortante ..... 45 Figura 2.11 - Formas de la superficie de falla .............................................. 46 Figura 2.12 - Formas de la superficie de falla .............................................. 47 Figura 3.1 - Ubicación nacional y departamental ......................................... 66 Figura 3.2 - Ubicación provincial y local ....................................................... 67 Figura 3.3 - Vista satelital (Google Earth) .................................................... 67 Figura 4.1 - Ajuste de las distribuciones de probabilidad a las precipitaciones máximas en 24 horas ............................................................................ 79 Figura 4.2 - Vista satelital de la delimitación de la microcuenca (Google Earth) .................................................................................................... 81 Figura 4.3 - Calculadora en línea del Ing. Víctor Miguel Ponce, para el cálculo del tirante normal en una alcantarilla circular ............................ 89 Figura 4.4 - Mapa geológico del cuadrángulo de Huánuco .......................... 91 Figura 4.5 - Ubicación del lugar del estudio en el mapa geológico............... 92.

(16) XV. Figura 4.6 - Mapa de zonificación sísmica ................................................... 95 Figura 4.7 - Ubicación de las calicatas, vista satelital (Google Earth) .......... 97 Figura 4.8 - Esquema del muro mecánicamente estabilizado .................... 102 Figura 4.9 - Concepto de presión de suelos y teoría de muros con geotextil ............................................................................................................ 105 Figura 4.10 - Esquema del tándem de diseño ............................................ 106 Figura 4.11 - Esquema del eje tándem para el cálculo de cargas vivas ..... 106 Figura 4.12 - Presión lateral debido a una carga superficial puntual Qp (Ecuación de Boussinesq modificada por experimentación) ................ 107 Figura 4.13 - Diagrama de esfuerzos horizontales de acuerdo a la profundidad, debido a la carga viva ..................................................... 111 Figura 4.14 - Esquema del despiece de las capas, para el cálculo de las diferentes longitudes ........................................................................... 115 Figura 4.15 - Esquema del cálculo de la longitud de empotramiento del refuerzo ............................................................................................... 116 Figura 4.16 - Esquema de lloraderos ......................................................... 133 Figura 4.17 - Ventana de la configuración de unidades del software GeoSlope ................................................................................................... 140 Figura 4.18 - Ventana del Software donde se define el material ................ 141 Figura 4.19 - Ventana de ingreso del tipo de análisis a realizar ................. 142 Figura 4.20 - Ventana de ingreso de las cargas actuantes con su respectiva dirección.............................................................................................. 143 Figura 4.21 - Ventana de introducción de las cargas sísmicas .................. 144.

(17) XVI. Figura 4.22 - Resultados del análisis estático de la sección 1, km.263+140 ............................................................................................................ 144 Figura 4.23 - Resultados del análisis estático de la sección 2, km. 263+160 ............................................................................................................ 145 Figura 4.24 - Resultados del análisis dinámico de la sección 1, km. 263+140 ............................................................................................................ 146 Figura 4.25 - Resultados del análisis dinámico de la sección 2, km.263+160 ............................................................................................................ 147.

(18) XVII. INDICE DE FOTOGRAFÍAS Fotografía 3.1 - Vista del Km. 263+000 ....................................................... 68 Fotografía 3.2 - Vista del Km. 263+100 (zona critica) ................................. 69 Fotografía 4.1 - Levantamiento topográfico de la zona de estudio ............... 74 Fotografía 4.2 - Equipo utilizado en el levantamiento topográfico ................ 75 Fotografía 4.3 - Vista de la alcantarilla colapsada ........................................ 77 Fotografía 4.4 - Excavación de calicatas C-1 ............................................... 98 Fotografía 4.5 - Excavación de calicatas C-2 ............................................... 98 Fotografía 4.6 - Excavación de calicatas C-3 ............................................... 99 Fotografía 4.7 - Determinación de las propiedades de las muestras del suelo en el laboratorio .................................................................................. 100 Fotografía 4.8 - Determinación de la geometría del muro a plantear ......... 103 Fotografía 4.9 - Preparación del terreno de fundación ............................... 131 Fotografía 4.10 - Zanja de 60cmX30cm en el espaldón del muro .............. 132 Fotografía 4.11 - Colocación del geotextil .................................................. 133 Fotografía 4.12 - Ejemplo de la formaleta .................................................. 134 Fotografía 4.13 - Cara frontal del muro cubierto con vegetación ................ 137.

(19) XVIII. INTRODUCCIÓN Las carreteras son el cimiento principal para el buen funcionamiento de la economía local y nacional, puesto que genera una amplia gama de beneficios. para. el. desarrollo. de. los. lugares. que. se. encuentran. interconectados. Conservar apropiadamente las carreteras es indispensable para resguardar y aumentar estos beneficios. Además de ello las condiciones y comportamiento a través del tiempo en las que se encuentra los taludes, no solo son de importancia para el organismo encargado de su operación y conservación, sino también es de gran interés para el grupo de personas que hacen uso de la vía, por las implicaciones que tienen en seguridad y comodidad. Es por ello que surge la idea de realizar el siguiente estudio: “Estabilizacion de Taludes de la Carretera PE-3N, Km. 263+100”, a manera de visión general se busca plantear una alternativa de solución que sea técnica y economicamente adecuado a la zona de estudio, y posteriormente evaluar el grado de estabilidad de los taludes adyacentes haciendo uso del software GEO-SLOPE, para luego comparar los factores de seguridad obtenidos con los factores de seguridad establecidos; el sistema de estabilización propuesta es el muro reforzado con geosinteticos. A su vez mencionamos que los costos que representa la ejecución de diferentes ensayos de campo y los permisos que se requieren para las exploraciones en la vía resultaron ser las limitantes más saltantes del trabajo de investigación..

(20) XIX. De manera resumida se detalla a continuación la estructura del trabajo de investigación la cual consta de 5 capítulos: El Primer Capítulo corresponde al planteamiento del problema, en la cual se desarrollan los antecedentes y fundamentación del problema, formulación del problema, objetivos generales y específicos, justificación e importancia, limitaciones, alcances y formulación de la hipótesis. El Segundo Capítulo concierne al marco teórico, donde se mencionan los estudios realizados, las bases conceptuales relacionados con los términos del título de la investigación, el marco situacional y definiciones de términos básicos, las cuales nos darán mayor claridad conceptual del tema en estudio. En el Tercer Capítulo se plantea el marco metodológico, donde se precisa el tipo, nivel y diseño de la investigación desarrollada, así como también se delimitó el área de estudio mediante la selección de la muestra y las técnicas de recolección empleadas para la obtención de los datos. En el Cuarto Capítulo se detallan cada uno de las informaciones recolectadas ya sea por medio de ensayos in-situ o fuentes secundarias, las cuales forman parte esencial del desarrollo de la investigación; además de plantear y desarrollar la propuesta técnica del sistema de estabilización. Finalmente en el último capítulo se analizan y discuten los resultados, haciendo la comparación de los factores de seguridad obtenidos con los factores de seguridad establecidos, contrastando las hipótesis propuestas..

(21) 1. 1. CAPITULO I – PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Generalidades La Red Vial Nacional de carreteras del Perú, está conformada por 130 rutas, distribuidas en tres ejes longitudinales y 22 ejes transversales (MTC, 2013). La carretera PE 3N o longitudinal de la Sierra Norte; inicia su recorrido en el km. 0+000 ubicado en la Repartición la Oroya, distrito de la Oroya, provincia de Yauli, departamento de Junín; hasta la frontera norte con Ecuador en Bado Grande, en el distrito de Ayabaca, provincia de Ayabaca, departamento de Piura, pertenece a la red vial nacional con una longitud de 1957.3 km (MTC 2013), pasando por diferentes departamentos del Perú, entre ellos la región Huánuco, en dicha región recorre la provincia de Ambo, Huánuco, Yarowilca y Dos de Mayo, en su recorrido pasa por diferentes tipos de topografía, clima, tipo de suelo, etc. En todo este recorrido en la región Huánuco se presentan diferentes tipos de problemas en la vía, uno ellos es la inestabilidad de los taludes específicamente en el km: 263+100 del tramo Huánuco – La Unión, ubicado a. 2765 msnm, en esta zona se presenta el problema del. deslizamiento de los taludes, el tipo de suelo en la zona es limo arenosa, presenta pendientes moderadas en algunas partes y pronunciadas en otras, presencia de vegetación moderada, lo que con lleva al problema del deslizamiento..

(22) 2. A continuación revisamos los conceptos que nos ayudarán explicar el porqué de la realización del trabajo de investigación. 1.2. Antecedentes y fundamentación del problema 1.2.1. Antecedentes En la estabilización de Taludes de la Carretera Panamericana Sur – Sector Cerro de Arena Arequipa-Perú; la estabilización de los taludes se realizó mediante el sistema GEOWEB, la misma que esta constituida por fajas laminares de HDPE conectadas entre si mediante soldadura ultrasónica, las secciones una vez expandidas muestran en la superficie una estructura en forma de malla tipo panal de abejas (Andex del norte S.A.) Entre otros estudios realizados sobre estabilización de taludes con muros reforzado con geosinteticos; concluyen que los muros reforzados con geosinteticos son más económicos, menos tiempo, la construcción es menos compleja; cumpliendo las mismas condiciones de los muros de hormigón armado. (Rosero, Falquez, Noboa, 2010) La estabilización. de los taludes de la carretera Tingo María –. Pucallpa, en el Sector denominado Las Vegas, se hizo mediante la reconformación de los taludes internamente reforzados, y con la revegetación de los taludes para el control de la erosión superficial (hidroenergia consultores en ingeniería S.R.L. 2006) Luego de haber visto los casos anteriores, existe fundamento para plantear un sistema de estabilización de taludes en la carretera PE-3N.

(23) 3. Km. 263+100, que sea técnica y económicamente factible, que nos permita solucionar el problema de la inestabilidad. 1.2.2. Fundamentación del problema La manera más tradicional y predominante de transporte de la población en Huánuco es por vía terrestre, por ello la Red Vial Nacional de Carretera cumple la función básica de integración entre las principales zonas de producción y consumo del país. A partir de la cual se necesitan carreteras en buen estado para garantizar una buena funcionalidad; pero según el análisis de los inventarios viales realizado por Provias Nacional concluye que la mayoría de las carreteras mantenidas y rehabilitadas en los últimos diez años en nuestro país, se han deteriorado prematuramente disminuyendo la condición y la serviciabilidad para el cual fue diseñado, demandando trabajos correctivos y complementarios antes de lo previsto. Los deslizamientos de los taludes son uno de los procesos geológicos más destructivos que afectan a los seres humanos, causando miles de muertes y daños en las propiedades; sin embargo, muy pocas personas son conscientes de su importancia. El 90% de las perdidas por deslizamientos son evitables si el problema se identifica con anterioridad y se toman medidas de prevención y control (Suarez, 1998). Los taludes conformados por suelo y fragmentos de roca son muy susceptibles a sufrir problemas de deslizamiento debido a que generalmente, se reúnen cuatro de los elementos más importantes para.

(24) 4. su ocurrencia tales como son la topografía, sismicidad, meteorización y lluvias intensas (Suarez, 1998). Uno de los lugares más críticos con el problema de la inestabilidad de taludes es el Kilómetro 263+100, a un kilómetro del lugar denominado Mitotambo, en esta progresiva se observa que el talud inferior de la carretera fallo, afectando el ancho de la plataforma, en una longitud aproximadamente de 16 metros, esto sucede especialmente en tiempo de lluvias con deslizamientos que afectan el normal tránsito por la vía. El mantenimiento de una carretera permite que esta esté en buenas condiciones tanto a nivel de afirmado, cunetas, alcantarillas, muros de contención, etc. y tratar de prevenir algún problema que pueda alterar su normal funcionamiento, para poder cumplir con los objetivos para la cual han sido diseñadas. La falta de un adecuado mantenimiento puede generar problemas mayores y una de ellas es son las fallas de los taludes, el efecto de una carretera sin un mantenimiento inmediato puede genera gastos excesivos en su mantenimiento tal es el caso de nuestras carreteras en Huánuco. Es así que surge la necesidad de plantear un sistema de estabilización de taludes, que sea técnica y económicamente factible en la Ruta PE-3N Km 263+100, para ello haremos uso de los datos topográficos, geológicos, hidrológicos, geotécnicos y posteriormente se hará uso del software GEO SLOPE para verificar los factores de seguridad en los taludes adyacentes a la zona de estudio..

(25) 5. De los resultados obtenidos de los análisis ya mencionados, se propondrá el tipo de sistema de estabilización a realizar en los taludes de la vía. 1.3. Formulación del problema 1.3.1. General ¿Cuál sería el método de estabilización de taludes más adecuado, en la carretera PE 3N km. 263+100, para garantizar la estabilidad de dichos taludes? 1.3.2. Específicas . ¿Qué propiedades geotécnicas tendrán los suelos de los taludes de la carretera PE 3N km. 263+100?. . ¿Cuáles son las características geológicas, sísmicas, hidrológicas, topográficas, etc. en la zona de estudio de la carretera PE 3N km. 263+100?. . ¿Cuál sería el diseño de estabilización de taludes que más se adecua a la problemática de la zona?. . ¿Cuál será el factor de seguridad de los taludes adyacentes a la zona de estudio?. 1.4. Objetivos 1.4.1. General Diseñar un sistema de estabilización de taludes adecuado, en la carretera PE 3N km. 263+100, para garantizar la estabilidad de dichos taludes..

(26) 6. 1.4.2. Específicos . Determinar las propiedades geotecnicas de los suelos de los taludes de la carretera PE 3N km.263+100.. . Determinar las características geológicas, sisimicas, hidrológicas, topográficas en la zona de estudio de la carretera PE 3N km. 263+100.. . Proponer el diseño más óptimo de estabilización de taludes, que másse adecua a la problemática de la zona.. . Determinar el factor de seguridad de los taludes adyacentes a la zona de estudio.. 1.5. Justificación e importancia La presente investigación de estabilización de taludes en la carretera nacional ruta PE 3N km. 263+100 se justica, porque dicha vía es de gran importancia en la región Huánuco, ya que da acceso a cuatro provincias de la región, y también es una vía de salida hacia la región Ancash. Por lo tanto es indispensable mantener en buenas condiciones esta carretera para que el tráfico sea cómodo y seguro; sin interrupciones por el mal estado de la carretera. Las interrupciones del tráfico causan pérdidas de tiempo, perdidas económicas, ya que gran parte de esta zona traen sus productos a Huánuco, como también llevan de Huánuco hacia estos lugares; también hacen uso de esta vía los comerciantes que llevan productos y materia prima así como la madera a la región de Ancash, ya que por esta vía ahorran tiempo y dinero..

(27) 7. En este contexto para evitar todos estos contratiempos, es mejor mejorar el estado de la carretera a tiempo, que si lo dejamos evolucionar, en el futuro seria muy costoso su reparación, y una de las medidas es la estabilización de los taludes, en este caso en el kilómetro 263+100 de la carretera PE 3N, porque es un lugar crítico con el problema de la inestabilidad. 1.6. Limitaciones y alcances 1.6.1. Limitaciones . Los costos que representa la ejecución de diferentes ensayos de campo y laboratorio para el cumplimiento del trabajo de investigación resultan ser elevadas por lo tanto resulta ser una limitante para este proyecto.. . Los permisos que se requieren para las exploraciones a la vía resultan ser muy complejas debido a que la carretera es una Red Vial Nacional, por lo que cuenta con muchos documentos que lo protegen.. 1.6.2. Alcances El trabajo de investigación en desarrollo tiene como alcance proponer el diseño más óptimo de estabilización de taludes de la Ruta Nacional PE-3N Km. 263+100, que sea técnica y económicamente factible; y además determinar el factor de seguridad de los taludes adyacentes a la zona de estudio. Los aspectos puntuales que comprende la investigación están referidos a proponer un diseño, y la evaluación del grado de estabilidad,.

(28) 8. abarcando las actividades de campo y gabinete, detallándose los mismos como sigue: a.- Proponer un diseño de estabilización de taludes. b.- Evaluación de la estabilidad de los taludes adyacentes. c.- Procesamiento de datos registrados en campo y laboratorio con el Software AutoCAD Civil 3d, Geo-Slope y Microsoft Excel. 1.7. Hipótesis de investigación e hipótesis nula 1.7.1. Hipótesis general (H1) Si se diseña un sistema de estabilización de taludes adecuado a la realidad de la carretera PE 3N km. 263+100, entonces se garantizara la estabilidad de dichos taludes. 1.7.2. Hipótesis especificas . Los resultados de los ensayos geotécnicos no garantizan la estabilidad de los taludes de la carretera PE 3N km. 263+100.. . Si se involucran los parámetros geológicos, sisimicos, hidrológicos, etc. en el diseño de estabilización de taludes, entonces se obtendrán resultados mucho más confiables.. . Si se diseña un sistema de estabilización de taludes, entonces se mejora el grado de estabilidad de los taludes.. . Los factores de seguridad obtenidos garantizaran la estabilidad de los taludes..

(29) 9. 1.8. Sistema de variables, dimensiones e indicadores Cada variable que se presenta a continuación se ha extraído del título de la investigación: Título: “Estabilización de taludes de la carretera PE-3N, Km. 263+100”. 1.8.1. Variable Independiente . X1: Geotecnia.. . X2: Topografía.. . X3: Geología.. . X4: Hidrología.. . X5: Sismicidad.. 1.8.2. Variable Dependiente Y1: Diseño de estabilización de taludes. 1.8.3. Variable Neutra Z: Carretera PE-3N Km.263+100..

(30) 10. 1.9. Matriz de consistencia Tabla 1.1 - Matriz de consistencia Problema Objetivo General General  ¿Cuál sería el diseño de  Diseñar un sistema de estabilización de taludes estabilización de taludes más adecuado, para adecuado, para garantizar la garantizar la estabilidad de estabilidad de dichos taludes dichos taludes, en la en la carretera PE 3N Km. carretera PE 3N Km. 263+100. 263+100? Específicas Específicas  ¿Qué propiedades  Determinar las propiedades geotécnicas tienen los geotécnicas de los suelos de suelos de los taludes de la los taludes de la carretera carretera PE 3N km. PE 3N km. 263+100. 263+100?  ¿Cuáles son las  Obtener las características características geológicas, geológicas, sísmicas, sísmicas, hidrológicas, hidrológicas, topográficas en topográficas, etc. en la la zona de estudio de la zona de estudio de la carreta PE 3N km 263+100. carretera PE 3N km. 263+100?  ¿Cuál será el diseño de  Determinar el diseño más estabilización de taludes óptimo de estabilidad de que más se adecua a la taludes, que más se adecua problemática de la zona? a la problemática de la zona.  ¿Cuál será el factor de seguridad de los taludes adyacentes a la zona de estudio?.  Determinar el factor de seguridad de los taludes adyacentes a la zona de estudio.. Hipótesis General  Si se diseña un sistema de estabilización de taludes adecuado a la realidad de la carretera PE 3N km 263+100, entonces se garantizara la estabilidad de dichos taludes. Específicas  Los resultados de los ensayos geotécnicos no garantizan la estabilidad de los taludes de la carretera PE 3N km. 263+100.  Si se involucran los parámetros geológicos, sisimicos, hidrológicos, etc. en el diseño de estabilización de taludes, entonces se obtendrán resultados mucho más confiables.  Si se diseña un sistema de estabilización de taludes, entonces se mejora el grado de estabilidad de los taludes.  Los factores de seguridad obtenidos garantizaran la estabilidad de los taludes.. Variable/Indicador Variable independiente X1: Diseño de estabilización de taludes. Indicadores Factor de seguridad  Factor de seguridad.  Diseño de sistemas de estabilización. Variable dependiente Y1: Geotecnia. Y2: Topografía. Y3: Geología. Y4: Hidrología. Y5: Sismicidad. Indicadores Valoración cualitativa y cuantitativa de las caracteristicas.  Geotécnicas.  Topográficas.  Geológicas.  Hidrológicas.  Sismicas.. Metodología Tipo de investigación Aplicada, Mixto: Cuantitativo – Cualitativo, transversal. Diseño de investigación No experimental – aplicativo Procedimiento de muestreo No probabilístico. Tamaño de la muestra Población finita. Recolección de la información Fuente - Primaria: Toma de datos Insitu y Secundaria: Informe de ensayos del laboratorio FICA. Técnica: Observación de campo. Instrumento: Hoja de registro. Procesamiento de la información Categorización de Variables. Software: Geoslope v12,Civil 3d 2016, Excel. Estimación de Variables. Nivel de contraste de las hipótesis H1: hipótesis de investigación. Todos los coeficientes de las variables Xi son significativos, es decir, las V.I influyen sobre la V.D..

(31) 11. 1.10. Definición operacional de variables, dimensiones e indicadores Tabla 1.2 - Operacionalización de variables Variable 1. Variable Dependiente: Diseño de estabilización de taludes. Definición conceptual Se entiende por estabilización de taludes al estado de como se encuentran las masas de suelo con respecto al deslizamiento, si están en equilibrio o desequilibrio.. Dimensión. Indicadores • Inestable.. Factor de seguridad. Diseño de sistemas de estabilización. • Estabilidad cuestionable. • Estable bajo condiciones estáticas • Estable bajo condiciones dinámicas. • Geotecnia. • Topografía. • Geología. • Hidrología. • Sismicidad.. Parámetros que permiten realizar un diagnóstico del problema de la inestabilidad de taludes lo mas preciso posible, y proponer un diseño adecuado para la solución del problema.. Medida de valoración. Adimensional. <1. Cálculos matemáticos.. Adimensional. 1 - 1.20. Cálculos matemáticos.. Adimensional. 1.20 - 1.50. Cálculos matemáticos.. Adimensional. >1.50. Cálculos matemáticos.. Suavizar la pendiente (corte). Factor de seguridad.. • Contención con obras de tierra.. Muros ecológicos, suelo reforzado.. Factor de seguridad.. Muros estructurales.. Factor de seguridad.. • Estructurales.. Granulometría, cohesión, fricción, peso específico, etc. Geometría del talud. Estabilidad.. Escala. • Modificación de la topografía.. • Métodos especiales. 2. Variable Independiente:. Unidad de medida. Formación geológica, estructura y discontinuidad, meteorización Lluvias Régimen de aguas subterráneas.. Inyección química, congelación, calcinación. Clasificación geotécnica de los suelos. Largo, ancho, alto, pendiente, curvatura, etc. Clasificación geológica de los suelos y rocas.. • mm/año (precipitación). • m3/s (caudales).. Factor de seguridad. Arcillas y limos, suelos mixtos, suelos granulares. • SUCS • AASHTO Cinta métrica, eclímetro, equipo topográfico. Mapas geológicos (INGEMET). • Pluviómetro, hojas de cálculo. • Aforo, hojas de cálculo..

(32) 12. 2. CAPITULO II – MARCO TEÓRICO 2.1. Introducción Se debe tener en cuenta que “ningún hecho o fenómeno de la realidad puede abordarse sin una adecuada conceptualización” (Sabino, 1992, p.52), a partir de ello elaboramos el marco teórico basado en fuentes bibliográficas que será imprescindible para ampliar nuestro conocimiento previo a la evaluación del fenómeno de estudio, especificándose además los estudios realizados que guardan relación con nuestro tema. Todo ello nos permitirá obtener una visión completa del conocimiento científico que se tiene acerca de las evaluaciones del grado de estabilidad de un talud y los tipos de intervenciones que se realizan de acuerdo a los resultados. 2.2. Revisión de estudios realizados Los trabajos de investigación citados a continuación, ampliarán el horizonte de nuestro tema de estudio: Granados (2006), realizó el estudio de la estabilización de taludes en la Costa Verde zona del Distrito de Barranco concluyendo que se necesita un movimiento masivo de tierras (reducción de pendiente por lo tanto aumento del factor de seguridad) para la estabilización global y posteriormente la utilización de geomallas y geomantos que ayudaran a la vegetalización de la zona mediante la siembra de césped en semilla.

(33) 13. sobre una capa de suelo vegetal que será colocado sobre el conglomerado. La norma CE.020 exige su aplicación a todo los estudios de estabilización de suelos y taludes para las obras de ingeniería civil, la presente norma considera exigencias mínimas, sin ser limitativo para los estudios de evaluación y mitigación de los riesgos de deslizamientos de laderas o taludes brindando un enfoque orientado a la gestión de riesgos. La presente norma toma en cuenta los fenómenos de geodinámica externa, asi como el control de la erosión de los taludes, y también indica acerca de los procesos de estabilización de suelos mediante los métodos químicos y físicos, asi como también guías de evaluación de taludes y metodologías de estabilización y remedición. Además de ello, el trabajo desarrollado por Romero (2011), concerniente a la propuesta metodológica para la evaluación de taludes y terraplenes en proyectos de carreteras, concluye en que la metodología que se propone, esta dividida en cinco fases como se detalla a continuación: verificación y localización, análisis geotécnico, análisis de resultados, localización de las causas y soluciones de acuerdo a los resultados obtenidos. Entre otras conclusiones considera que si se evalúa estabilidad de taludes para cualquier proyecto ya sea esta de cualquier magnitud, una manera de trabajar es mediante la sectorización de la vía en zonas.

(34) 14. homogéneas, pero es un trabajo dispendioso que requiere contar con la participación de la menos un geólogo y un geotecnista experimentados. 2.3. Bases conceptuales Los conceptos básicos referentes a los términos principales que figuran en el título de nuestro trabajo de investigación lo mencionamos a continuación: 2.3.1. Nociones básicas sobre taludes Se denomina talud a la superficie inclinada con respecto a la horizontal que adoptan las masas de suelo cuando se encuentran libremente en la naturaleza (laderas); cuando se depositan o almacenan en una superficie (talud reposo); cuando se construyen terraplenes (talud de terraplén) o cuando se excava el suelo en el banqueo de un movimiento de tierra (talud de corte). (Polo Aguilar 2005) 2.3.2. Clasificación de los taludes En la tabla 2.1, se puede observar la clasificación de los taludes de acuerdo a varios factores que en conjunto definen su estabilidad. Cabe destacar que cada uno por separado no puede determinar si un talud es estable o no, pues un factor puede influir de manera favorable o desfavorable de acuerdo a la condición de algún otro factor..

(35) 15. Tabla 2.1 - Clasificación de taludes. CLASIFICACION DE TALUDES DESCRPCION OBSERVACION Bajos (Entre 0 y 5 metros) Por su altura Medianos (Entre 5 y 20 metros) Altos (Mayores 20 metros) Suave (Menor a 5 grados) Por su pendiente Regular (Entre 5 y 20 grados) Pronunciada (Mayor a 20 grados) De base o profunda De pie de talud Por su forma de falla En la cara del talud Rapida Desprendimiento Volcamiento Mecanismo de falla Influencia de infiltraciones de flujo Deslizamiento. Fuente: Polo Aguilar (2005).. 2.3.3. Factores que intervienen en la estabilidad de un talud Según Romero (2011), los principales factores que intervienen en la estabilidad de un talud son los siguientes: a) Factores Geológicos. . La Litologia; que comprende los tipos de rocas y la calidad de los suelos, que en muchos casos determinan la facilidad con que la superficie se degrada por la acción delos factores externos entre los cuales tenemos meteorización, intemperismo, etc.. . Tectonismo; que son los factores asociados al tipo, magnitud, e intensidad de la deformación que presentan los materiales rocosos, que genera en ellos elementos, tales como foliaciones, plegamientos, fallas, diaclasas, que.

(36) 16. afectan su estructura y que condicionan su estabilidad. La importancia de las estructuras radica en que determinan zonas de debilidad por las cuales se originan los deslizamientos. b) Factores Internos. . Propiedades mecánicas de los suelos constituyentes.. . Estado de los esfuerzos actuantes.. c) Factores Geomorfológicos. Son las características morfológicas del relieve de la superficie terrestre, la expresión del nivel de desarrollo alcanzado en el proceso evolutivo. Elementos como la pendiente, agudeza, amplitud, profundidad, de dicho relieve nos dan una idea del grado de equilibrio o desequilibrio de los materiales que constituyen el relieve, y del modo o mecanismos de los procesos que se desarrollan en él. d) Factores Sísmicos. Las vibraciones provocadas por sismos pueden ser lo suficientemente fuertes como para generar deslizamientos de diversa magnitud, afectando extensas áreas. e) Factores Climáticos. . Humedad.. . Nivel freático.. . Lluviosidad.. . Temperatura..

(37) 17. 2.3.4. Mecanismos de falla de los taludes María Graciela Fratelli (1993), plantea que cuando se habla de fallas de taludes, hay que hablar de las superficies de falla, y su forma. Se puede afirmar axiomáticamente, que las superficies de falla de los taludes son delineadamante cóncavas y pueden ocurrir bajo tres condiciones muy corrientes que se describen a continuación:. Falla de base o profundidad de un talud Esta falla ocurre cuando la porción superior del talud se desprende cayendo verticalmente y los estratos ejercen presión sobre la superficie cercana al pie del talud, levantándose y tomando una forma de combadura.. Figura 2.1 - Falla de base o profunda de un talud. Fuente: María Graciela Fratelli.. Falla al pie del talud Se genera en taludes de gran pendiente y en terrenos con ángulo de fricción interno considerable. La falla ocurre cuando el terreno de la parte superior del talud se desprende generando un perfil escalonado en la cara del mismo y cubre el pie del talud..

(38) 18. Figura 2.2 - Falla al pie del talud. Fuente: María Graciela Fratelli.. Falla en la cara del talud Este es un caso particular de falla en el que la rigidez de los estratos que lo conforman es apreciablemente distinta. La falla se presenta por la presencia de un estrato firme intermedio en la masa del talud que limita la extensión de la superficie de falla, sobre el desliza solo una parte de la masa superior. El plano crítico de deslizamiento intercepta la superficie del talud por encima del pie. Figura 2.3 - Falla en la cara del talud. Fuente: María Graciela Fratelli.. 2.3.5. Tipos de fallas más comunes en los taludes Según Romero (2011), Los taludes son estructuras que pueden experimentar fallas o deslizamientos por diferentes causas. Algunas de ellas son las denominadas fallas por deslizamiento superficial, falla por desintegración de la estructura del suelo, falla por licuefacción, entre otros..

(39) 19. Para el análisis de un talud, además de estos factores, existen también otros como la geometría del talud, el flujo de agua, la homogeneidad de las propiedades del suelo; y plantea los siguientes tipos de falla más comunes. Falla por deslizamiento en laderas naturales Esta falla es producida por un proceso de deformación bajo esfuerzo cortante en partes más profundas, que llega muchas veces a producir una verdadera superficie de falla. Estos movimientos a veces son tan lentos que pasan inadvertidos, hasta que se realiza una obra en la zona. La mayor parte de este movimiento esta asociado a ciertas estratigrafías favorables a ellos, al mismo tiempo que a flujos estacionales de agua en el interior de la ladera. Este tipo de fallas se presenta en materiales cohesivos, donde las fuerzas. gravitacionales,. actuando. por. largo. tiempo,. producen. deformaciones grandes, que llegan a generar la superficie de falla. Una vez generada la superficie, la resistencia disponible a lo largo de ella será la resistencia residual. Falla por deslizamiento superficial Los taludes están sujetos a fuerzas naturales que tienden a hacer que las partículas y porciones del suelo próximas a su frontera deslicen hacia abajo; el fenómeno es mas intenso cerca de la superficie inclinada del talud a causa de la falta de presión normal confinante que allí existe. Como una consecuencia, la zona mencionada puede quedar sujeta a un.

(40) 20. flujo viscoso hacia abajo, que generalmente se desarrolla con extraordinaria lentitud. El desequilibrio puede producirse por aumento en las cargas actuantes en la corona del talud, por una disminución en la resistencia del suelo al esfuerzo cortante, o en el caso de laderas naturales, por razones de formación geológica que escapan a un análisis local detallado. Falla por erosión Esta falla es el resultado de la acción de agentes erosivos como viento, agua de escorrentía y agua subterránea, sobre la superficie del talud y en el material interno del talud a medida que avanza en proceso erosivo. La falla se manifiesta en irregularidades, socavaciones y surcos en la superficie del talud. El fenómeno es mas notorio cuanto mayor sea la pendiente del talud. Falla por fluencia Esta falla puede ocurrir en cualquier estructura no cementada, desde fragmentos de roca, hasta arcillas francas; sucede tanto en materiales secos como húmedo. Muchos flujos rápidos en materiales, ocurren asociados a fenómenos de presión de aire, en este grupo quedan comprendidos los flujos de fragmentos de rocas, desde muy rápidos (avalanchas) hasta los que ocurren lentamente. Otros flujos en suelos muy húmedos son verdaderos procesos de licuefacción..

(41) 21. Esta falla consiste en movimientos más o menos rápidos de zonas localizadas en el cuerpo de una ladera natural, de manera que el movimiento en si y la distribución aparente de velocidades y desplazamientos se asemejan al comportamiento de un líquido viscoso. La superficie de desplazamiento, o no se distingue o se desarrolla durante un lapso relativamente breve; es también frecuente que la zona de contacto entre la parte móvil y las masas fijas de la ladera sea la zona de flujo plástico. Falla por licuefacción Esta falla consiste en una disminución brusca del esfuerzo cortante, temporal o definitivo. Se pueden mencionar dos causas a que atribuir la perdida de resistencia: por incremento de los esfuerzos cortantes actuantes y por elevadas presiones intersticiales, quizá como consecuencia de un sismo, una explosión, etc. esta ultima causa, se asocia a un colapso rápido del suelo, cuyos vacíos saturados de agua, tienden a reducirse. La licuefacción casi instantánea ha ocurrido en arcillas saturadas muy sensibles y en arenas finas sueltas, sobre todo en condición saturada. 2.3.6. Métodos correctivos para la estabilización de taludes De acuerdo a Polo Aguilar (2005), con la finalidad de aumentar el factor de seguridad de un terreno, ya sea aumentando las fuerzas resistentes y/o disminuyendo las actuantes, se crean métodos correctivos que superaran la condición de equilibrio del terreno. Existen varios tipos de correctivos que se pueden aplicar según la modificación.

(42) 22. de la topografía existente, la retención de obras de tierra, su estructura y otros métodos especiales, los cuales se encuentran en detalle en la tabla 2.2. Tabla 2.2 - Métodos correctivos para la estabilización de taludes. METODOS CORRECTIVOS PARA LA ESTABILIZACION DE TALUDES SOLUCION OBSERVACIONES - Reducir la cara del talud Modificación de la - Suavizar la pendiente del talud topografía existente - Hacer bermas en la cara del talud - Terraplenes al pie del talud Contención con obras de - Muros ecológicos tierra - Suelo reforzado Estabilización mecánica externa: construcción de obras d contención - Muro de gravedad - Muros de cantiliver - Pantallas atirantadas - Pantallas discontinuas - Pantalla secante - Pilotes con o sin tirantes Estructurales - Tablestacas - Muros prefabricados. Métodos especiales. Estabilización Mecánica interna: refuerzo del terreno o métodos de inclusion - Inclusión de barras o clavos de acero - Inyección de agente cementante o geosintetico - Inclusión de cualquier material dentro de la masa del suelo - Inyección de químicos - Electroósmosis - Congelación del agua en los poros del terreno - Calcinación de estratos en suelos arcillosos. Fuente: Polo Aguilar (2005). 2.3.7. Resistencia al corte de los suelos Jaime Suarez Diaz (1998), nos dice que la modelación o representación matemática del fenómeno de falla al cortante en un deslizamiento se realiza utilizando las teorías de la resistencia de.

(43) 23. materiales. Las rocas y suelos al fallar al corte se comportan de acuerdo a las teorías tradicionales de fricción y cohesión, según la ecuación generalizada de coulomb: (. ). (. ). (Para suelos saturados) (. ). (Para suelos. parcialmente saturados) Donde: esfuerzo de resistencia al corte (T/m2) cohesión o cementación efectiva (T/m2) esfuerzo normal total (T/m2) presión del agua intersticial o de poros (T/m2) presión del aire intersticial (T/m2) ángulo de fricción interna del material (°) ángulo de fricción del material no saturado(°) El análisis de la ecuación de Coulomb requiere predefinir los parámetros ángulo de fricción y cohesión, los cuales se consideran como propiedades intrínsecas del suelo. La presencia de agua reduce el valor de la resistencia del suelo dependiendo de las presiones internas o de poros que se sustraen del valor de la presión normal. A la presión resultante se le conoce con el nombre de presión efectiva. ángulo de fricción para presiones efectivas cohesión para presiones efectivas. ..

(44) 24. Angulo de fricción El ángulo de fricción es la representación matemática del coeficiente de rozamiento en forma de tanØ´. Este depende de varios factores como el tamaño de los granos, la forma de los mismos, la distribución de tamaños y la densidad. Cohesión La cohesión es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas del suelo y es usada en mecánica de suelos para representar la resistencia al cortante producida por la cementación, mientras que en la física este término se utiliza para representar la tensión. En suelos fundamentalmente granulares en los cuales no existe ningún tipo de cementante o material que pueda producir adherencia, la cohesión se supone igual a 0 y a estos suelos se les denomina suelos no cohesivos. Cohesión aparente En los suelos no saturados el agua en los poros produce un fenómeno de adherencia por presión negativa o fuerzas capilares. Esta cohesión aparente desaparece con la saturación. Principio de las presiones efectivas Si se considera un elemento de volumen infinitesimal dentro de una masa de suelo, por debajo del nivel freático, se tiene que el agua que hay en su interior está soportando una presión debida a su propio peso, llamada presión hidrostática, igual al producto del peso unitario del líquido por la profundidad del elemento respecto al nivel freático..

(45) 25. Al mismo tiempo, aunque no haya sobrecarga en la superficie del terreno, a causa del peso propio del suelo existe una presión transmitida de grano a grano en su esqueleto sólido; ésta se llama presión ínter granular, en tanto que la soportada por el agua se llama presión intersticial. La presión total que actúa en el punto donde se encuentra dicho elemento de volumen es igual a la suma de la presión ínter granular y de la intersticial. Figura 2.4 - Presión soportada por un volumen infinitesimal de suelo. Fuente: Metodología de análisis, caracterización de los movimientos en masa. Claro está que tanto la una como la otra pueden tener causas diferentes a las del simple peso propio del suelo. Las presiones intersticiales pueden ser originadas por sobrecargas, debidas a construcciones o por fuerzas debidas a vibraciones; es decir que la presión hidrostática en el agua subterránea es una presión intersticial, pero una presión intersticial puede ser o no hidrostática, es decir puede deberse al agua o al esqueleto de suelo. Cualquiera que sea la naturaleza de las presiones, para los suelos se podrá siempre escribir la ecuación general:.

(46) 26. presión total (esfuerzo normal total) en un punto determinado presión inter granular o efectiva (esfuerzo efectivo) u: presión intersticial o neutra (esfuerzo neutro). En el caso general, la presión total en un punto determinado puede dividirse en dos: la presión transmitida de grano a grano en el esqueleto sólido del suelo y la presión soportada por el agua intersticial. En los casos en que no exista la presión intersticial o neutra, la presión total será la misma presión ínter granular o efectiva; esto ocurre para puntos que se encuentren por encima del nivel freático. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto, solamente se conocen como esfuerzos efectivos y los esfuerzos hidrostáticos del agua se les denominan presión de poros. La suma de estos conforma los esfuerzos totales. Solo las presiones ínter granulares pueden producir cambios de volumen en una masa de suelo, o dar origen a resistencia por fricción interna en los suelos. De ahí su nombre de efectivas. Las presiones en el agua de los poros no pueden por sí mismas producir tales dos efectos; por lo mismo se llaman neutras; también se les llama presiones de poros. La afirmación anterior es la que se conoce como principio de las presiones efectivas ó principio de los esfuerzos efectivos. En el caso del cálculo de la presión total, efectiva y neutra para un punto A situado por debajo del nivel freático se tiene: Presión total.

(47) 27. (. ). es la densidad húmeda promedio por encima del nivel freático, y la densidad saturada promedio por debajo del mismo. Presión neutra (. ). Presión efectiva en A:. (. ). (. ( )(. (. ) ). ). De acuerdo con este análisis, para la determinación de la presión efectiva se puede proceder de dos maneras: a) Calculando la presión total en el punto en cuestión y restando la presión intersticial, que en este caso es la presión hidrostática. b) Calculando directamente la presión efectiva, al utilizar como densidad por debajo del nivel freático la densidad sumergida . Los esfuerzos efectivos son los que controlan el comportamiento del suelo y no los esfuerzos totales. En problemas prácticos, el análisis con esfuerzos totales podría utilizarse en problemas de estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas para analizar la estabilidad a largo plazo. Relación esfuerzo - deformación Desde el punto de vista de la relación esfuerzo – deformación, en estabilidad de taludes se deben tener en cuenta dos tipos de resistencia:.

(48) 28. . Resistencia máxima o resistencia pico. Es la resistencia al corte máxima que posee el material que no fue fallado previamente, la cual corresponde al punto más alto en la curva esfuerzo-deformación. La utilización de la resistencia pico en el análisis de estabilidad asume que dicha resistencia se obtiene simultáneamente a lo largo de toda la superficie de falla. Sin embargo, algunos puntos de la superficie de falla han alcanzado deformaciones mayores que otros. En un fenómeno de falla progresiva, asumir que la resistencia pico actúa simultáneamente en toda la superficie de falla puede producir errores en el análisis. . Resistencia residual. Es la resistencia al corte que posee el material después de haber ocurrido la falla. Skempton (1964), observo que en arcillas sobre consolidadas, la resistencia calculada del análisis de deslizamientos después de ocurridos, correspondía al valor de la resistencia residual y recomendó utilizar para el cálculo de los factores de seguridad, los valores de los parámetros obtenidos para la resistencia residual fr y cr. Sin embargo, en los suelos residuales la resistencia pico tiende a ser generalmente, muy similar a la resistencia residual. Otro factor que determina las diferencias entre la resistencia pico y residual es la sensitividad, la cual está relacionada con la perdida de resistencia por el remoldeo o la reorientación de las partículas de arcilla..

(49) 29. Figura 2.5 - Resistencia pico y residual. Fuente: Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales – Jaime Suárez Díaz.. En arenas, gravas y limos no plásticos que se denominan suelos granulares, la cohesión es muy baja y puede en muchos casos considerarse de valor cero. El ángulo de fricción depende de la angulosidad y tamaño de las partículas, su constitución, mineralogía y densidad; generalmente en suelos granulares varía de 27° a 42°, dependiendo del tipo de ensayo que se realice. En arcillas normalmente consolidadas y limos arcillosos se puede considerar la fricción igual a cero y la cohesión como el valor total del esfuerzo de resistencia obtenida. En suelos residuales, generalmente predominan las mezclas de partículas granulares y arcillosas y el ángulo de fricción depende de la proporción grava arena-limo y arcilla y de las características de cada tipo de partícula presente. Parámetros de presión de poros.

(50) 30. El análisis de esfuerzos efectivos requiere del conocimiento de las presiones de poro en el campo, estas presiones de poro pueden ser estimadas si los cambios de esfuerzos dentro del suelo se pueden determinar. Para esta estimación se pueden utilizar los parámetros de presión de poros A y B propuestos por Skempton (1654), para calcular las presiones de poro en exceso. (. (. )). Donde: exceso de presión de poros parámetro de presión de poros A parámetro de presión de poros B cambio en el esfuerzo principal mayor cambio en el esfuerzo principal menor. Los parámetros A y B deben ser determinados de ensayos de laboratorio o dados por la experiencia. Para suelos saturados B se acerca a uno, pero su valor disminuye drásticamente con la disminución en el grado de saturación. Los valores del parámetro A dependen de las deformaciones y generalmente, alcanzan valores máximos en el momento de la falla. Suelos normalmente consolidados tienden a generar excesos de presión de poros positivos durante el corte, en contraste, los suelos sobre consolidados pueden esperarse que generen presiones en exceso.

(51) 31. negativas. La tabla 2.3 muestra valores típicos del parámetro A en el momento de la falla. Tabla 2.3 - Valor del parámetro de Skempton para diferentes arcillas. Fuente: Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales – Jaime Suárez Díaz.. El valor de A está muy influenciado por el nivel al cual el suelo ha sido previamente deformado, el esfuerzo inicial del suelo, la historia de esfuerzos y la trayectoria de esfuerzos, tales como carga y descarga (Lambe y Whitman, 1969). Circulo de Mohr En un análisis en dos dimensiones, los esfuerzos en un punto pueden ser representados por un elemento infinitamente pequeño sometido a los esfuerzos. y. Si estos esfuerzos se dibujan en. unas coordenadas t-s, se puede trazar el circulo de esfuerzos de Mohr. En este circulo se definen los valores de (. máximo (. )y. minimo. ), conocidos como esfuerzos principales. Para interpretar correctamente el fenómeno de falla al cortante en. un talud debe tenerse en cuenta cuál es la dirección de los esfuerzos.

(52) 32. principales en cada sitio de la superficie de falla. El esfuerzo superior de la falla y horizontal en la parte inferior.. Figura 2.6 - Dirección de esfuerzos principales en la falla de un talud. Fuente: Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales – Jaime Suárez Díaz.. Envolvente de falla El círculo de Mohr se utiliza para representar o describir la resistencia al cortante de los suelos, utilizando la envolvente de falla Mohr – Coulomb, lo cual equivale a que una combinación critica de esfuerzos se ha alcanzado. Los esfuerzos por encima de la envolvente de falla no pueden existir. La envolvente de falla de Mohr – Coulomb es generalmente una línea curva que puede representarse en la forma: ( ) Donde: resistencia al cortante.