Evaluación del riesgo por deslizamientos en el talud ubicado en la vereda La Helena, vía San Bernardo Tolima

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(1)EVALUACIÓN DEL RIESGO POR DESLIZAMIENTOS EN EL TALUD UBICADO EN LA VEREDA LA HELENA, VÍA SAN BERNARDO TOLIMA. HEYBER PEREZ TOLOZA ALEXANDER SALGADO CHINCHILLA JHON ALEXANDER SOTO GARCIA. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL IBAGUÉ - TOLIMA 2019.

(2) EVALUACIÓN DEL RIESGO POR DESLIZAMIENTOS EN EL TALUD UBICADO EN LA VEREDA LA HELENA, VÍA SAN BERNARDO TOLIMA. HEYBER PEREZ TOLOZA ALEXANDER SALGADO CHINCHILLA JHON ALEXANDER SOTO GARCIA. Trabajo de grado para optar por el título de ingenieros civiles. Directores: YELENA HERNANDEZ ATENCIA Ingeniera civil, M.Sc. JULIAN ANDRES PULECIO DIAZ Ingeniero civil, M.Sc.. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL IBAGUÉ - TOLIMA 2019 Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional..

(3) Nota de aceptación. Firma del presidente del jurado. Firma del jurado. Firma del jurado. Ibagué, abril de 2019 i.

(4) DEDICATORIA Dedico este trabajo de grado a Dios, a mis padres y hermanos porque gracias a ellos estoy compartiendo estas palabras que no solo quiero que queden expresadas en este papel, sino queden grabadas en el corazón y en la memoria de quienes me ayudaron a llegar tan alto y quienes me enseñaron el verdadero sentido que tiene vivir, triunfar y luchar para alcanzar nuestros sueños y anhelos superando los fracasos que se pueden presentar en el camino y continuar luchando por alcanzar el éxito deseado. HEYBER PEREZ TOLOZA. Me siento orgulloso de ti Madre por brindarme todo tu amor y por querer lo mejor para mí y mis hermanos. Te admiro por ser una luchadora en la vida y una mujer ejemplar. Doy gracias a Dios por tener una madre como tú, amorosa, cariñosa, respetuosa, alegre, honesta y protectora. Todo te lo debo a ti, te amo mamá ALEXANDER SALGADO CHINCHILLA. A nuestros padres promotores de este sueño y gestores de este gran triunfo académico. Agradecemos a los docentes de la Universidad Cooperativa de Colombia por compartir de su conocimiento y su tiempo. A los catedráticos en la línea de Suelos quienes generaron en nosotros esa gran curiosidad hacia esta rama de la ingeniería. JHON ALEXANDER SOTO GARCIA. ii.

(5) AGRADECIMIENTOS Agradezco a Dios el cual me dio la salud, el bienestar, la sabiduría y todo para realizar este proceso. A mis padres los cuales me dieron la vida y me enseñaron que en la vida no hay que temerle al futuro, por lo que hay que atreverse a soñar y a cumplir los sueños, a mis profesores y compañeros los cuales fueron piezas fundamentales del trayecto, aportando su granito de arena con conocimientos y experiencias de manera desinteresada. A mi familia por el apoyo durante todo el tiempo de este proceso, las cuales les arrebatamos tiempo en muchas oportunidades para para poder realizarnos como profesionales. Quiero dedicar mi trabajo de grado a todas aquellas personas que de una u otra forma aportaron para que este trabajo llegue a exitoso término. HEYBER PEREZ TOLOZA. iii.

(6) Le doy gracias a Dios por darme la vida, por darme todo lo que tengo, por ser quien soy y por estar donde estoy, tú que me guiaste en este camino y me inspiro para seguir adelante con mis deseos gracias Dios. A mis padres quiero darles las gracias por haberme dado educación, un hogar donde crecer, equivocarme, aprender y donde adquirí los valores que hoy definen mi vida. Ellos que siempre creyeron en mí, que iba a terminar esta carrera universitaria nunca perdieron las esperanzas en mí, son el mejor regalo que Dios me ha podido dar. A mis hermanos les agradezco por guiarme hacia el buen camino y por apoyarme frente a las adversidades de la vida, gracias Dios. Agradezco a los docentes de la Universidad Cooperativa de Colombia por los conocimientos brindados durante mi carrera profesional, que me han convertido en una mejor persona con principios y valores. ALEXANDER SALGADO CHINCHILLA. iv.

(7) El presente trabajo de investigación se lo dedico principalmente a mis padres, por su sacrificio y apoyo incondicional durante este largo proceso de aprendizaje; a mis hermanos por el apoyo moral y su compañía. A todas las personas que participaron en este lindo proceso de aprendizaje y aportaron de su conocimiento. JHON ALEXANDER SOTO GARCIA. v.

(8) TABLA DE CONTENIDO. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1 1. ESTADO DEL ARTE ........................................................................................ 2 1.1 ESTABILIDAD DE TALUDES EN EL OCCIDENTE DE ASTURIAS (ESPAÑA). ............................................................................................................... 2 1.2 CARACTERIZACIÓN DE RIESGO POR MOVIMIENTOS EN MASA EN BOGOTÁ. ................................................................................................................ 3 1.3 DESLIZAMIENTO POR INVIERNO EN TOLIMA ............................................ 3 2. UBICACIÓN O LOCALIZACIÓN ....................................................................... 4 3. OBJETIVOS...................................................................................................... 5 3.1 OBJETIVO GENERAL. .................................................................................... 5 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. .......................................................................... 5 4. METODOLOGÍA ............................................................................................... 6 4.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO. .............................................................. 6 4.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA. ................................... 7 4.2.1 Ensayo de contenido de agua (humedad). ..................................................... 8 4.2.2 Ensayo de las partículas de los suelos (Granulometría). ................................ 8 4.2.3 Ensayo del límite líquido. .............................................................................. 10 4.2.4 Ensayo de límite plástico e índice de plasticidad de los suelos. ................... 11 4.2.5 Ensayo de gravedad especifica. ................................................................... 12 4.2.6 Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada. ........................ 13 4.2.7 Módulo de elasticidad. .................................................................................. 16 4.3 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD. ....................................................................... 16 4.3.1 Determinación del factor de seguridad FS. ................................................... 16 4.3.2 Evaluación de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo. ..................................... 17 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................ 20 5.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO. ............................................................ 21 5.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA. ................................. 23 5.2.1 Ensayo de contenido de agua (Humedad). ................................................... 24 5.2.2 Ensayo de las partículas de los suelos (granulometría). ............................... 25 5.2.3 Ensayo de límite líquido. ............................................................................... 27 5.2.4 Ensayo de limite plástico e índice de plasticidad del suelo. .......................... 30 5.2.5 Ensayo de gravedad especifica. ................................................................... 31 5.2.6 Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada. ........................ 32 5.2.7 Módulo de elasticidad. .................................................................................. 35 5.3 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD. ....................................................................... 35 5.3.1 Determinación del factor de seguridad FS. ................................................... 35 5.3.2 Evaluación de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo. ..................................... 42 CONCLUSIONES .................................................................................................. 46 RECOMENDACIONES .......................................................................................... 47 REFERENCIAS ..................................................................................................... 48 ANEXOS ................................................................................................................ 50. vi.

(9) LISTA DE TABLAS. Tabla 1. Valores de ángulos de fricción interna ..................................................... 16 Tabla 2. Factores detonantes de la amenaza. ....................................................... 17 Tabla 3. Elementos expuestos a la amenaza ........................................................ 19 Tabla 4. Probabilidad anual de ocurrencia dado el valor de la amenaza. .............. 20 Tabla 5. Resultados de la caracterización geotécnica. .......................................... 24 Tabla 6. Porcentajes de Humedad......................................................................... 24 Tabla 7. Clasificación del suelo y diámetros en la curva. ....................................... 25 Tabla 9. Coeficientes de la muestra 1. ................................................................... 25 Tabla 10. Coeficientes de la muestra 2. ................................................................. 26 Tabla 11. Coeficientes de la muestra 3. ................................................................. 26 Tabla 12. Coeficientes de la muestra 4. ................................................................. 26 Tabla 13. Coeficientes de la muestra Inalterada. ................................................... 27 Tabla 14. Toma de datos de límite plástico ........................................................... 30 Tabla 15. Humedad de límite plástico. ................................................................... 30 Tabla 16. Calculo de Índice de Plasticidad. ........................................................... 31 Tabla 17. Calculo de gravedad especifica. ............................................................ 32 Tabla 18. Mayor esfuerzo cortante y Esfuerzo normal. .......................................... 34 Tabla 19. cohesión y ángulo de fricción interna ..................................................... 34 Tabla 20. Módulo de elasticidad. ........................................................................... 35 Tabla 21. Factores de Seguridad ........................................................................... 35 Tabla 22. Valores y coeficientes de influencia para los factores detonantes de la amenaza. ........................................................................................................ 42 Tabla 23. Cálculo de Amenaza. ............................................................................. 43 Tabla 24. Grado de amenaza ............................................................................... 43 Tabla 25. Valor y coeficiente de influencia para los elementos expuestos considerados de la vulnerabilidad física ......................................................... 43 Tabla 26. Cálculo de la vulnerabilidad física. ......................................................... 44 Tabla 27. Grado de vulnerabilidad física ................................................................ 44 Tabla 28. Valor de riesgo asociado a vulnerabilidad física .................................... 44 Tabla 29. Grado de RVF ........................................................................................ 45. vii.

(10) LISTA DE FIGURAS. Figura 1. Modelización del talud homogéneo de 20 m de altura .............................. 2 Figura 2. Ubicación de la Ladrillera Villa Clara (vía Salado – san Bernardo)........... 4 Figura 3. Etapas de la metodología ......................................................................... 6 Figura 4. Talud de estudio ....................................................................................... 7 Figura 5. Peso de la muestra húmeda. .................................................................... 8 Figura 6. Muestra del suelo en el horno. .................................................................. 8 Figura 7. Muestra de suelo seco. ............................................................................. 8 Figura 8. Tabla de tamices ...................................................................................... 9 Figura 9. Muestra del suelo seco. ............................................................................ 9 Figura 10. Lavado de muestra. ................................................................................ 9 Figura 11. Muestra Lavada .................................................................................... 10 Figura 12. Tamizado del material........................................................................... 10 Figura 13. Humedeciendo el material. ................................................................... 10 Figura 14. Material en la cazuela de Casagrande.................................................. 10 Figura 15. Toma de datos. ..................................................................................... 11 Figura 16. Muestra de Limite liquido seco. ............................................................ 11 Figura 17. Grafica de plasticidad USCS ................................................................ 11 Figura 18. Material tamizado y Picnómetro con agua. ........................................... 12 Figura 19. Picnómetro con material agitado. ......................................................... 13 Figura 20. Material del picnómetro......................................................................... 13 Figura 21. Material seco. ....................................................................................... 13 Figura 22. Obtención de la muestra con el anillo. .................................................. 14 Figura 23. Instalar la muestra en la caja. ............................................................... 14 Figura 24. Saturación de la muestra. ..................................................................... 14 Figura 25. Consolidación de la muestra. ................................................................ 14 Figura 26. Corte de la muestra húmedo y seco. .................................................... 14 Figura 27. Vista en planta del talud........................................................................ 21 Figura 28. Curvas de nivel del talud....................................................................... 21 Figura 29. Perfil transversal del talud. .................................................................... 22 Figura 30. Perfil longitudinal del talud. ................................................................... 22 Figura 31. Perfil estratigráfico del suelo ................................................................. 23 Figura 32. Humedad Vs profundidad ..................................................................... 24 Figura 33.. Curva granulométrica muestra 1. ......................................................... 25 Figura 34. Curva granulométrica muestra 2. .......................................................... 26 Figura 35. Curva granulométrica muestra 3. .......................................................... 26 Figura 36. Curva granulométrica muestra 4. .......................................................... 26 Figura 37. Curva granulométrica muestra inalterada. ............................................ 27 Figura 38. Determinación de límite líquido Muestra 1. ........................................... 27 Figura 39. Determinación de límite líquido Muestra 2. ........................................... 28 Figura 40. Determinación de límite líquido Muestra 3. ........................................... 28 Figura 41. Determinación de límite líquido Muestra 4. ........................................... 29. viii.

(11) Figura 42. Determinación de límite líquido Muestra Inalterada. ............................. 29 Figuras 43. Grafica de plasticidad USCS. ............................................................. 31 Figura 44. Densidad del agua y coeficiente de corrección por temperatura. ......... 32 Figura 45. Esfuerzo cortante Vs Desplazamiento horizontal. ................................ 33 Figura 46. Esfuerzo cortante Vs Deformación unitaria. .......................................... 33 Figuras 47. Esfuerzo cortante Vs Esfuerzo normal. ............................................... 34 Figura 48. Método de Ordinary – Fellenius. ........................................................... 36 Figura 49. Método de Bishop simplified. ................................................................ 36 Figura 50. Método de Jambu simplified. ................................................................ 37 Figura 51. Método de Jambu Corrected. ............................................................... 37 Figura 52. Método de Spencer............................................................................... 38 Figura 53. Método de Corps of Engineers # 1. ...................................................... 38 Figura 54. Método de Corps of Engineers # 2. ...................................................... 39 Figura 55. Método de Lowe – karafiath.................................................................. 39 Figura 56. Método de GLE / Morgenstern – Prince................................................ 40 Figura 57. Método de SSR..................................................................................... 40 Figura 58. Contorno de desplazamiento del método de SSR. ............................... 41 Figuras 59. Diagrama circular de métodos de Fs. ................................................. 41 Figuras 60. Diagrama de barras para métodos de Fs. ........................................... 42. ix.

(12) LISTA DE ANEXOS. Anexos 1. Levantamiento topográfico. ................................................................... 50 Anexos 2. Determinación de contenido de humedad............................................. 52 Anexos 3. Determinación de granulometría. .......................................................... 53 Anexos 4. Determinación de límite líquido y límite plástico. .................................. 60 Anexos 5. Determinación de gravedad especifica. ................................................ 65 Anexos 6. Determinación de corte directo. ............................................................ 65. x.

(13) GLOSARIO. Aguas subterráneas: flujo de aguas por debajo la superficie de un terreno. (CDMB, 2014) Altura del talud: distancia vertical entre el pie y la corona del talud. (CDMB, 2014) Amenaza: fenómeno o evento que puede causar daño a personas o bienes materiales, es el agente (químico, físico, geológico, biológico, humano, etc.) o grupo de condiciones o eventos que tienen el potencial de causar daño. (CDMB, 2014) Cabeza o escarpe del talud: sitio de cambio de pendiente en la parte superior del talud. (CDMB, 2014) Corte: modificación de la forma de la superficie del terreno mediante proceso de excavación. (CDMB, 2014) Deslizamiento: movimiento de los materiales que conforman el talud, generalmente a lo largo de una superficie de falla. (CDMB, 2014) Ensayo de laboratorio: prueba física realizada a muestras de suelo o roca para determinar alguna de sus propiedades. (CDMB, 2014) Erosión: es el deterioro progresivo de un terreno por el desprendimiento y arrastre del suelo, como resultado del movimiento del viento y el agua. Dependiendo del flujo de agua se puede presentar inicialmente erosión en surcos y en forma posterior erosión en cárcavas. (CDMB, 2014) Estudio geológico: análisis de la geología del terreno, realizado de acuerdo a los criterios contenidos en las presentes Normas técnicas. (CDMB, 2014) Estudio geotécnico: es un estudio realizado por un Ingeniero geotécnico, de acuerdo a las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo resistentes vigentes en la República de Colombia y de acuerdo a los criterios contenidos en las presentes normas técnicas. (CDMB, 2014) Factor de seguridad: relación entre las fuerzas que ayudan a la estabilidad del terreno y las que producen su inestabilidad. (CDMB, 2014) Falla geológica: fractura en el basamento rocoso en la cual se han producido desplazamientos a lado y lado de la fractura. La falla puede ser detectada directamente en campo o inferida mediante análisis de fotografías aéreas, ensayos geofísicos, etc. (CDMB, 2014) Nivel de amenaza: magnitud relativa o gravedad de un fenómeno capaz de producir un riesgo. El nivel de amenaza debe definirse de acuerdo a los criterios contenidos en las presentes normas técnicas. (CDMB, 2014). xi.

(14) Norma Invias: normas técnicas aprobadas por el Instituto nacional de Vías, del Ministerio del Transporte de la república de Colombia. (CDMB, 2014) Pendiente del talud: identifica el ángulo o nivel de conformación del talud natural o artificial con respecto a la horizontal; se puede medir en grados, ángulo, porcentaje o relación horizontal/vertical. (CDMB, 2014) Perfil geológico: representación gráfica de la estructura geológica de una sección del terreno. (CDMB, 2014) Pie del talud: corresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte inferior del talud. Un talud puede tener varios puntos de pie. Los criterios de las presentes normas deben cumplirse para todos y cada uno de los puntos de pie de talud identificados. (CDMB, 2014) Plano: representación gráfica con escala y cotas precisas. (CDMB, 2014) Potencial de riesgo: potencialidad relativa de la ocurrencia de muertes, daños a personas y pérdidas económicas, relacionada con el número y valoración de los elementos en riesgo. (CDMB, 2014) Remoción en masa: son todos los procesos en los cuales ocurre movimiento ya sea lento o rápido, de masas de materiales geológicos como rocas y suelos en áreas inestables del terreno, que se convierten en agentes que pueden causar daño a los bienes, infraestructura y personas. (CDMB, 2014) Riesgo: es una medida de la probabilidad de pérdida de vidas humanas, daño a las personas y pérdidas económicas causados por un fenómeno natural o amenaza. (CDMB, 2014) Roca: es un material natural sólido y macizo formado en el sitio, el cual requiere del uso de explosivos para su excavación. (CDMB, 2014) Sondeo: excavación profunda de forma circular realizada con equipos mecánicos, con el objeto de recuperar muestras de suelo y/o roca o conocer las propiedades de estos materiales. (CDMB, 2014) Talud: es una superficie inclinada del terreno. Las pendientes con ángulo superior a 30º con la horizontal y de altura total acumulada superior a tres metros se consideran como talud. (CDMB, 2014) Zona geotécnica: clasificación geotécnica de un terreno de acuerdo al mapa geotécnico adoptado por la CDMB. (CDMB, 2014) Zonas de falla: son área de terreno localizadas a menos de 15 metros de las trazas de falla o áreas a distancias mayores, las cuales podrían ser afectadas por desplazamientos del terreno en el caso eventual del movimiento de la falla. (CDMB, 2014). xii.

(15) Resumen. En este estudio se abordaron algunos de los problemas presentes en el talud localizado al nororiente de Ibagué en la vía Tamarindo Salado,” Ladrillera Villa Clara” ubicado en la vía que comunica los municipios de Ibagué y San Bernardo, Tolima en las coordenadas 98°51’53” N - 88°43’73” E. Su principal fuente de ingreso es la explotación de este suelo para la elaboración de ladrillos cerámicos. Los problemas actuales en el talud son de tipo geotécnico, los cuales involucran aspectos relacionados con el diseño y la construcción en taludes artificiales, debido a que en el sitio se encuentran diversos factores de tipo geológico, hidrológico, geomorfológico y antrópico, entre otros que afectan la estabilidad. Por tanto y con miras a determinar el riesgo que este talud representa para la infraestructura física presente en el lugar se realizó un análisis de estabilidad de tipo cualitativo , que apoyará un posterior análisis de determinístico comúnmente usado ingeniería geotécnica; permitiendo determinar el factor de seguridad y que a pesar de poseer una gran incertidumbre debido a las variables que considera (cohesión, ángulo de ficción, sismicidad, niveles freáticos características geológicas entre otras), proporcionan una muy buena aproximación a las condiciones de estabilidad del talud. En este trabajo se realizaron inicialmente visitas de campo que permitieron identificar el perfil estratigráfico con el objetivo de caracterizar el suelo constitutivo del talud, adicionalmente se realizó el levantamiento topográfico a partir de la determinación de la altimetría y la planimetría del sitio; así mismo se realizó un apique que permitió la obtención de muestras alteradas e inalteradas para su posterior análisis en el laboratorio permitiendo con la información obtenida caracterizar geotécnicamente el suelo del lugar. Posteriormente se realizó la determinación del riesgo asociado a la amenaza (inestabilidad del talud) y la vulnerabilidad física de la infraestructura presente en el sitio (RVF), para lo cual se realizó un análisis adicional de tipo cualitativo, encontrándose que el talud en mención presenta un riesgo alto (9,57 de RVF). La evaluación de la amenaza se determinó a partir de un análisis cuantitativo con la ayuda de los programas (Slide y Adonis), que permitieron determinar el factor de seguridad, parámetro fundamental en la evaluación del riesgo.. xiii.

(16) INTRODUCCIÓN Se realizó una revisión de trabajos previos en el talud de la vereda La Helena, en la cual se abordaron los conceptos relacionados con estabilidad de taludes, adicionalmente se realizó un análisis de tipo documental relacionados con algunos métodos para hacer los análisis de probabilidad de desestabilización del talud y posibles métodos preventivos y correctivos que podrían ser empleados para su estabilización. De otro lado, se hace una perspectiva de desarrollo del área afectada, en la cual se abordaron algunos de los problemas presentes en el talud de la ladrillera “Villa Clara”. (Ramírez & Sánchez, 2014) Aunque es un aspecto relevante el análisis geotécnico también es fundamental la consideración de aspectos tales como el diseño y la construcción de taludes artificiales, pues hay factores adicionales que pueden desestabilizar un talud como lo son los geológicos, hidrológicos, geomorfológicos y antrópicos, entre otros. (Suárez, 2004) Cuando surge el tema de deslizamientos, entendidos en un sentido amplio como procesos o eventos con resultados o efectos de connotación negativa que sobre cierto umbral económico-social y/o de percepción, afectan parte o la totalidad del medio ambiente natural o del construido y su funcionalidad (Ferrando, 2003), en fundamental para las comunidades considerar los aspectos relacionados con la estabilidad de taludes asociadas a este tipo de eventos y que colocan en riesgo la infraestructura y la economía de las mismas. Por lo tanto, es de interés evaluar la estabilidad de taludes y en esta dirección los métodos de diseño de tipo determinístico comúnmente usado ingeniería geotécnica y los cuales se caracterizan por tener una gran incertidumbre de las variables consideradas son fundamentales en este tipo de estudios; máxime cuando las propiedades del suelo varían de una ubicación a otra y son además del tiempo transcurrido, de modo que la información obtenida para una ubicación no asegurará la información en ningún otro lugar. (Villalobos , Fernandez, & King, 2018). 1.

(17) 1. ESTADO DEL ARTE En el mundo son muchos los desastres naturales los cuales son impredecibles cada vez más para el ser humano ya que son prácticamente incontrolables y muchos de ellos están relacionados con el cambio climático; el ser humano ha tratado de ir en la vanguardia de este problema monitoreando y mostrando particular interés por monitorear y estar alerta en las zonas susceptibles a movimientos de remoción en masa.. 1.1 ESTABILIDAD DE TALUDES EN EL OCCIDENTE DE ASTURIAS (ESPAÑA). (López Fernández, Pando González, & Madrigal, 2011). En este artículo se presenta las propiedades geológicas y geotécnicas de los depósitos de pie de monte y mantos de alteración situados en la zona nor-occidental de Asturias, se analiza mediante métodos numéricos la estabilidad correspondiente a diferentes secciones tipo de talud. Se observa una correlación aceptable entre las pendientes teóricas obtenidas y la evolución de los taludes existentes, si bien cualquier variación en las condiciones geológicas locales implica la aparición de diferentes procesos de inestabilidad. Se consideró el parámetro geotécnico de los cuatro grupos de materiales presentes en el sitio, se analizó varias configuraciones, donde se definieron 16 secciones de taludes de pendiente continua y composición homogénea, resultado de la combinación de cuatro inclinaciones estándar (1H/1V, 2H/3V, 1H/2V y 1H/3V) con alturas de coronación de 5, 10, 15 y 20 m, a lo largo de la vía A-8. Figura 1. Modelización del talud homogéneo de 20 m de altura. Fuente: (López Fernández, Pando González, & Madrigal, 2011). 2.

(18) 1.2 CARACTERIZACIÓN DE RIESGO POR MOVIMIENTOS EN MASA EN BOGOTÁ. (IDIGER , 2019). En este artículo en la ciudad de Bogotá se encuentra situada en el centro geográfico del territorio nacional a 2.600 metros sobre el nivel del mar, en el borde oriental de la sabana de Bogotá, que es la altiplanicie más alta de los Andes colombianos. Tiene un área aproximada de 163.000 Hectáreas, de las cuales corresponde a 38.000 Hectáreas al área urbana. Los fenómenos de remoción en masa se ven representados en afectaciones sobre las viviendas, personas (muertos y /o heridos), equipamientos y redes de servicios públicos. El crecimiento urbano de la ciudad de Bogotá, ha provocado que un número importante de la población se encuentre localizada en zonas de ladera. En el distrito las zonas de ladera en amenaza por movimientos en masa se encuentran en las localidades de Usaquén, Chapinero, San Cristóbal, Usme, Suba, Rafael Uribe Uribe, Ciudad Bolívar y Sumapaz. Del total del área urbana del distrito Capital, aproximadamente el 9 % se encuentra categorizada en amenaza alta por movimientos en masa (2776 Ha), un 56 % en amenaza media (16600 Ha) y un 35 % en amenaza baja (11400 Ha) de acuerdo con el mapa de amenaza por movimientos en masa en perspectiva de cambio climático para suelo urbano. 1.3 DESLIZAMIENTO POR INVIERNO EN TOLIMA (EL TIEMPO , 2018). En este artículo se muestra el deslizamiento en la vereda el Triunfo, ubicada en la zona urbana de Villa Hermosa, en la zona norte del Tolima los fuertes aguaceros dejaron una víctima además las carreteras se bloquearon por el deslizamiento de toneladas de barro y piedra. es un tipo de movimiento de masa de tierra, provocado por la inestabilidad de un talud. se producen a diario en las capas más superficiales del terreno como consecuencia de fuertes precipitaciones o de ondas sísmicas el incidente más grave, una región cafetera de alta montaña donde los inviernos son un dolor de cabeza para sus habitantes. las continuas lluvias generaron preocupación en los habitantes pues los organismos de socorro en estos eventos fueron muy escasos y careciendo de transporte por el mal estado de las vías lo cual provocó estos deslizamientos además los organismos de socorro no tuvieron las herramientas suficientes para realizar estas labores.. 3.

(19) 2. UBICACIÓN O LOCALIZACIÓN El talud de estudio del proyecto para el análisis de riesgo se encuentra localizado al nororiente de Ibagué en la vía Tamarindo Salado que comunica el municipio de Ibagué con San Bernardo Tolima. En este lugar se encuentra la ladrillera “Villa Clara” en las coordenadas 98°51’53” N - 88°43’73” E. Su principal fuente de ingreso es la explotación de este suelo para la elaboración de ladrillos cerámicos. Figura 2. Ubicación de la Ladrillera Villa Clara (vía Salado – san Bernardo).. Fuente: Mapa vía San Bernardo; (Google, 2018). 4.

(20) 3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL. Evaluar el riesgo geotécnico del talud ubicado en vereda La Helena, vía San Bernardo del municipio de Ibagué – Tolima.. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.  Caracterizar topográficamente y geotécnicamente el talud.  Determinar las características geológicas y geotécnicas del suelo mediante ensayos de laboratorio.  Modelar con programas computacionales como Slide y Adonis para la valoración cuantitativa de la amenaza del talud.  Determinar cualitativa y cuantitativamente la vulnerabilidad y el riesgo del talud.. 5.

(21) 4. METODOLOGÍA Para alcanzar los objetivos propuestos en el presente estudio de riesgo, se llevaron a cabo cuatro etapas: levantamiento topográfico, exploración geotécnica y geológica en la cual se tomaron muestras alteradas e inalteradas con el fin de realizar los diferentes ensayos de laboratorio para la caracterización geotécnica y por último la valoración cuantitativa y cualitativa del riesgo del talud en estudio, tal como se presenta en la figura 3. Figura 3. Etapas de la metodología. Fuente: Autores. 4.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO. En la georreferenciación se realizó la localización geográfica del talud, se utilizó el sistema de referencia geodésico o Datum, se tomaron puntos equidistantes para generar una superficie terrestre con coordenadas cartesianas. (Dávila & Camacho, 2012) Como primera fase se examinó la superficie teniendo en cuenta las alteraciones existentes, las características físicas, geológicas y geográficas del talud; después se inició con el respectivo levantamiento topográfico, donde se adquirió información (Distancias, ángulos y las alturas con los puntos de referencia) para la construcción del plano con su respectiva información geográfica. Mediante la información se pudo obtener datos los cuales permitieron realizar un plano de curvas de nivel, se obtiene la superficie y altitud del terreno estudiado.. 6.

(22) 4.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA. Se recopilo información geológica y geotécnica del suelo se realizaron pruebas de laboratorio para caracterizar el suelo acorde con la Norma Invias, se realizó un apique en el pie del talud para la toma de muestras alteradas e inalteradas y la posterior caracterización del subsuelo. Figura 4. Talud de estudio. Fuente: Autores. Se realizó la evaluación de la capa del material presente en el sitio de estudio a partir de datos obtenidos mediante la excavación del suelo (Apique). En la excavación, se observaron las características del suelo presente en el terreno como: color, olor, plasticidad, tamaño y forma de partículas. Del apique se realizó la extracción de muestras alteradas y una muestra inalterada a los dos metros (2 m) de profundidad; para determinar las propiedades del suelo necesarias para el análisis determinístico de la estabilidad. Para la caracterización del suelo, se realizaron los siguientes ensayos de laboratorio de acuerdo a la norma INVIAS:      . Humedad; Clasificación del suelo (granulometría); Limite líquido del suelo; Limite plástico e índice de plasticidad del suelo; Gravedad especifica de los sólidos; Corte directo en condición consolidada drenada.. 7.

(23) 4.2.1 Ensayo de contenido de agua (humedad). En este laboratorio se determinó el contenido de agua de las muestras alteradas por masa de suelo, donde la muestra se seleccionó del Método B, con el cual se trabajó con una masa mínima de 500 g y cumpliendo con el procedimiento de la norma INV E – 122 – 13 de Invias. Figura 5. Peso de la muestra húmeda.. Figura 6. Muestra del suelo en el horno.. Figura 7. Muestra de suelo seco.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. Con estos valores puede calcular el contenido de agua del material; 𝑊 −𝑊. 𝑤 = 𝑊1 −𝑊2 ∗ 100 = 2. 𝑐. 𝑊𝑤 𝑊𝑠. ∗ 100. Ecuación 1. Dónde: w: Contenido del agua, %; W1: Masa del recipiente con el espécimen húmedo, g; W2: Masa del recipiente con el espécimen seco, g; Wc: Masa del recipiente, g; W w: Masa del agua, g; Ws: Masa de las partículas sólidas, g. 4.2.2 Ensayo de las partículas de los suelos (Granulometría). En este laboratorio se determinó cuantitativamente la distribución de los tamaños de las partículas de un suelo. Esta distribución se establece por tamizado, se buscó los tamaños de las partículas, en la Figura 4, se muestran los tamices trabajados en el ensayo de granulometría.. 8.

(24) Figura 8. Tabla de tamices. Fuente: (INVÍAS, 2012) Se realizó el procedimiento de acuerdo a la norma INV E – 123 – 13 de Invias. Figura 9. Muestra del suelo seco.. Figura 10. Lavado de muestra.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. 9.

(25) Figura 11. Muestra Lavada. Figura 12. Tamizado del material.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. Se realizó una sumatoria de estos pesos y luego calculo el porcentaje retenido; 𝐿𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎. % 𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 = 𝛴 𝑑𝑒 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 ∗ 100. Ecuación 2. Se calculó el porcentaje retenido acumulado y con este porcentaje acumulado se saca el porcentaje que pasa. % 𝑄𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 = 100 − % 𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 Ecuación 3 4.2.3 Ensayo del límite líquido. En este laboratorio se determinó el límite líquido de los suelos, este método descrito en esta norma se aplicó únicamente sobre la porción del suelo que pasó por el tamiz No. 40, se consideró una porción relativa de 70 g; se pretendió que los golpes estén en los intervalos de 25 –35, 20 –30, 15 –25 golpes. Se realizó el procedimiento de acuerdo a la norma INV E – 125 – 13 de Invias. Figura 13. Humedeciendo el material.. Figura 14. Material en la cazuela de Casagrande.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. 10.

(26) Figura 15. Toma de datos.. Figura 16. Muestra de Limite liquido seco.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. Calcular el contenido de agua de cada porción del suelo en porcentaje secado en horno. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎. 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜 ∗ 100. Ecuación 4. 4.2.4 Ensayo de límite plástico e índice de plasticidad de los suelos. En este laboratorio se determinó el límite plástico e índice de plasticidad. Para el ensayo de límite plástico se realizó sobre el mismo material preparado para la determinación del límite líquido, se tomaron los valores calculados y se halló el índice de plasticidad y se redondeó al digito más próximo. Se realizó el procedimiento de acuerdo a la norma INV E – 126 – 13 de Invias. Se clasifico el límite líquido y el índice de plasticidad en la gráfica de plasticidad de sistema unificado de clasificación de suelos (USCS). Figura 17. Grafica de plasticidad USCS. Fuente: (Sánchez, 2017). 11.

(27) Se calculó el límite plástico promediando el contenido de agua y el valor obtenido se redondea al entero más cercano. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎. 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜 ∗ 100. Ecuación 5. Con los valores del límite líquido y plástico se realizó el cálculo de índice de plasticidad. 𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃. Ecuación 6. Dónde: LL: Limite Liquido (Numero entero); LP: Limite Plástico (Numero entero). 4.2.5 Ensayo de gravedad especifica. En este laboratorio se determinó la gravedad especifica de las muestras que pasa por el tamiz No. 4, se empleó un picnómetro de 250 ml. Suponiendo que volumen de solidos a una temperatura dada con el volumen del agua, debe estar generalmente a una temperatura de 20°C. Se realizó el procedimiento de acuerdo a la norma INV E – 128 – 13 de Invias. Figura 18. Material tamizado y Picnómetro con agua.. Fuente: Autores. Se calculó el volumen de calibrado de cada picnómetro (Vp). 𝑉𝑝 =. 𝑀𝑝𝑤,𝑐 −𝑀𝑝 𝜌𝑤,𝑐. Ecuación 7. Dónde: Mpw, c: Masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura de calibración, g; Mp: Masa promedio del picnómetro seco, g; Ρw, c: densidad de masa del agua a la temperatura de calibración, g/cm 3.. 12.

(28) Figura 19. Picnómetro con material agitado.. Figura 20. Material del picnómetro.. Figura 21. Material seco.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. Se sacó del horno y se dejó al aire libre hasta que se naturalice y luego se pesa. Se calculó la masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura del ensayo, 𝑀𝑝𝑤,𝑡 = 𝑀𝑝 +(𝑉𝑝 ∗ 𝜌𝑤,𝑡 ). Ecuación 8. Dónde: Mpw, t: Masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura de ensayo, g; Mp: Masa promedio de calibración del picnómetro seco, g; Vp: Volumen promedio de calibración del picnómetro seco, cm 3; Ρw, t: Densidad del agua a la temperatura de ensayo (Tt), g/cm3. Se calculó la gravedad especifica de las partículas sólidas del suelo a la temperatura del ensayo, Gt 𝜌𝑠. 𝐺𝑡 = 𝜌. 𝑤,𝑡. = [𝑀. 𝑀𝑠. 𝑝𝑤,𝑡 −(𝑀𝑝𝑤𝑠,𝑡 −𝑀𝑠 )]. Ecuación 9. Dónde: Ρs: Densidad de las partículas sólidas, g/cm3; Ρw, t: densidad del agua a la temperatura de ensayo (Tt), g/cm3; Ms: Masa de los sólidos del suelo secado en el horno, g; Mpws, t: Masa del picnómetro con agua y solidos a la temperatura de ensayo, g. 4.2.6 Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada. En este laboratorio se determinó la resistencia de corte de una muestra de suelo consolidada y drenada, empleando el método de corte directo. La prueba se llevó a cabo con la deformación a una velocidad controlada, se analizó los resultados obtenidos del ensayo con respecto al material, los resultados pueden ser afectados por presencia de partículas de suelo grueso. Se realizó el procedimiento de acuerdo a la norma INV E – 154 – 13 de Invias.. 13.

(29) Figura 22. Obtención de la muestra con el anillo.. Figura 23. Instalar la muestra en la caja.. Fuente: Autores.. Fuente: Autores.. Figura 24. Saturación de la muestra.. Figura 25. Consolidación de la muestra.. Fuente: Autores. Fuente: Autores. Figura 26. Corte de la muestra húmedo y seco.. Fuente: Autores. Se calculó el esfuerzo cortante nominal del espécimen o la muestra.. 14.

(30) 𝜏=. 𝐹𝑠 𝐴. Ecuación 10. Dónde: τ: Esfuerzo cortante nominal, Kpa (lbf/pg2); Fs: Fuerza de corte, KN (lbf); A: Área de la caja de corte, m2 (pg2). Se calculó el esfuerzo normal nominal del espécimen o la muestra. 𝜎𝑛 =. 𝐹𝑛 𝐴. Ecuación 11. Dónde: σn : Esfuerzo normal nominal, Kpa (lbf/pg2); Fn: Fuerza normal sobre el espécimen, KN (lbf); A: Área de la caja de corte, m2 (pg2). Se calculó la velocidad de desplazamiento a lo largo de la superficie de corte. 𝑅𝑑 =. 𝑑ℎ 𝑡𝑒. Ecuación 12. Dónde: Rd: Velocidad de desplazamiento, mm/min (pg/min); dh: Desplazamiento lateral relativo, mm (pg); te: Tiempo transcurrido durante el ensayo, min. Se calculó el porcentaje de desplazamiento lateral relativo a lo largo de la superficie de falla. 𝑃𝑑 =. 𝑑ℎ 𝐷. Ecuación 13. Dónde: Pd: Porcentaje de desplazamiento lateral relativo, %; D: Diámetro o lado del espécimen en la dirección de corte, mm (pg). Para comprobar los resultados obtenidos del ensayo con respecto al tipo de material, se utilizó tabla 1.. 15.

(31) Tabla 1. Valores de ángulos de fricción interna Ángulo de talud natural ¡(⁰). Limo (no plastico) Arena uniforme fina a media Arena bien graduada Arena y grava. 26 a 30 26 a 30 30 a 34 32 a 36. talud (vert a hor) 1:2 1:1.75 1:2 1:1.75 1:1.75 1:1.50 1:1.60 1:1.40. Ángulo de fricción Para la resistencia Para la resistencia maxima residual Capacidad Compacta ØCV(⁰). tg(ØCV). Ø(⁰). tgØ. Ø(⁰). tanØ. 26 a 30 26 a 30 30 a 34 32 a 36. 0.488. 28 a 32 30 a 34 34 a 40 36 a 42. 0.532. 30 a 34 32 a 36 38 a 46 40 a 48. 0.577. 0.577 0.488 0.577 0.577 0.675 0.625 0.726. 0.625 0.577 0.675 0.675 0.839 0.726 0.900. 0.675 0.675 0.726 0.839 1.03 0.900 1.110. Fuente: (Lambe & Whitman, 2004) 4.2.7 Módulo de elasticidad. (Pérez, 2014) Se determinó por el parámetro característico de cada material que muestra la relación existente (en la zona de comportamiento elástico de dicho material) entre los incrementos de tensión aplicados (dσ) en el ensayo de tracción y los incrementos de deformación longitudinal unitaria (dɛ) producidos. 𝐸=. 𝜎 ɛ. =. 𝑃⁄ 𝐴 ᵹ ⁄𝐿. 𝑃𝐿. = ᵹ𝐴. Ecuación 14. Dónde: E: Modulo de elasticidad, Kg/cm2; P: Fuerza aplicada, Kg; σ: Esfuerzo, Kg/cm2; A: Área de la sección transversal, cm2; L: longitud del miembro, cm; ᵹ: Deformación total, cm; ɛ: Deformación unitaria, cm/cm. 4.3 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD. Se realizó a partir de la información obtenida del terreno y de los ensayos de laboratorio, mediante los tipos de análisis que se relacionan a continuación:  Análisis cualitativo  Análisis cuantitativo 4.3.1 Determinación del factor de seguridad FS. Se calculó el factor de seguridad mediante los programas Slide y Adonis. Es importante precisar que el software Adonis es un método alterno de análisis consistente en el cálculo de las. 16.

(32) deformaciones del terreno el cual se utiliza comúnmente en prácticas de extrema complejidad. Slide es un software de análisis de Estabilidad de Taludes en 2D que utiliza métodos de equilibro límite para el cálculo de la estabilidad. Su ámbito de aplicación en minería y obra civil es muy variado, permitiendo evaluar un gran número de problemáticas geotécnicas, tales como estabilidad de terraplenes, presas, taludes en excavaciones mineras o en edificaciones, efectos de cargas externas, sísmicas, eficiencia de elementos de refuerzo, entre otros. (Meller, 2016) Adonis es una herramienta de ingeniería geotécnica fácil de usar, pero potente para el análisis lineal y no lineal de problemas geotécnicos, cuenta con una interfaz gráfica de usuario (GUI) completa para el procesamiento previo o posterior, y utiliza un generador de malla completamente automático para crear mallas complejas de elementos finitos. La interfaz gráfica permite una generación rápida de modelos complejos, y las facilidades de salida mejoradas proporcionan una presentación detallada de los resultados computacionales. (Geraili, 2018) 4.3.2 Evaluación de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo. Se realizó el análisis del riesgo desde lo cuantitativo y cualitativo donde se evalúa la probabilidad de que la amenaza se pueda convertir en desastre, para lo cual se determinó la vulnerabilidad y se cruzó con la amenaza para identificar el daño o pérdida que se puede generar a la infraestructura que se encuentra cerca del talud. (Cardona, 2010). La amenaza es la ocurrencia de un evento potencialmente dañino que pueda manifestarse en un lugar específico. Teniendo en cuenta el significado de amenaza se obtuvo como ecuación de amenaza; 𝐴 = 𝑉𝑓 ∗ 𝐶𝐼𝑎. Ecuación 15. (Hernández & Ramírez, 2016). Donde A: Amenaza Vf: Valor del factor CIa: Coeficiente de influencia de la amenaza. Con respecto a lo anterior se evalúan los factores de amenaza en la siguiente tabla: Tabla 2. Factores detonantes de la amenaza. FACTOR. PRECIPITACIÓN. CATEGORÍA. SUBCATEGORÍA. VALOR. <1000mm. Muy bajo. 1. 1000mm-1300mm. Bajo. 2. 1300mm-1600mm. Medio. 3. 1600mm-2000mm. Alto. 4. >2000mm. Muy alto. 5. 17.

(33) FACTOR. COBERTURA Y USO DEL SUELO. FACTOR. ACCIÓN ANTRÓPICA. FACTOR. CATEGORÍA. SUBCATEGORÍA. VALOR. 1. Cobertura y uso del suelo. Bosque natural Bosque secundario Bosque secundario/café/ frutales Pasto naturales/Pasto s en rastrojo Pasto natural / rastrojo Pasto con rastrojo Pasto con rastrojo /tierras eriales Pasto naturales/Hortali zas Pastos mejorados Pastos mejorados /Frutales Cultivo-Frijol CultivoCafé/Plátano Rastrojo Tierras eriales. CATEGORÍA. SUBCATEGORÍA. VALOR. 2 3 4. Construcciones. Con diseño Sin diseño En zonas inestables En zonas falladas. 5. SUBCATEGORÍA. VALOR. CATEGORÍA. 2. 2 2 2 5. 4 3 3 4 4 1 5. 5 4 3 2 1. SÍSMICA. FACTOR. CATEGORÍA. EROSIÓN Y SOCAVACIÓN. Se haperdido menos del 25% de la capa superficial Se haperdido entre del 25% a 75% de la capa superficial Se haperdido mas del 75% de la capa superficial CATEGORÍA. FACTOR. 1. SUPERFICIE DE FALLA. SUBCATEGORÍA. VALOR. Poca. 3. Moderada. 4. Severa. 5. SUBCATEGORÍA. VALOR. Falla de talud Falla de pie Falla de corona. 3 4 5. FACTOR. CATEGORÍA. SUBCATEGORÍA. VALOR. FACTOR DE SEGURIDAD. <1 1-1,5 >1,5. Alto Medio Bajo. 5 4 3. Fuente: (Hernández & Ramírez, 2016) La vulnerabilidad puede definirse como la debilidad o grado de exposición de un sujeto, objeto o sistema. También son aquellas fallas, omisiones o deficiencias de seguridad que puedan ser aprovechadas por los delincuentes. (Cardona, 2010) 18.

(34) En este contexto se puede hacer uso de la siguiente ecuación: 𝑉𝐹 = (𝑉𝑎/𝑉𝑃)𝑥𝑉𝑃𝑥 𝐶𝐼𝑣 Ecuación 16 (Hernández & Ramírez, 2016) Donde VF: Vulnerabilidad física; VP= Valor de la protección; Va=Valor de la afectación; CIv= Coeficiente de influencia de la vulnerabilidad. Ya identificando los valores de vulnerabilidad podemos evaluar los factores que se comportan; Tabla 3. Elementos expuestos a la amenaza FACTOR. Estructural: Ladrillera. AFECTACIÓN VALOR Muy alta. 1. Alta. 0.7. Media. 0.5. Baja. 0.2. Muy baja FACTOR. Estructural: Vivienda. FACTOR. Vias vehiculares. 0.1. AFECTACIÓN VALOR Muy alta. 1. Alta. 0.7. Media. 0.5. Baja. 0.2. Muy baja. 0.1. AFECTACIÓN VALOR Muy alta. 1. Alta. 0.7. Media. 0.5. Baja. 0.2. Muy baja. 0.1. PROTECCIÓN Con diseño Sin diseño Concreto Ladrillo Madera Bahareque Plástico-esterilla Daños ligeros no estructurales Daños importantes Daños graves. VALOR 1 0.5 1 0.8 0.6 0.4 0.1. PROTECCIÓN Con diseño Sin diseño. VALOR 1 0.5. Concreto. 1. Ladrillo Madera Bahareque Plástico-esterilla Daños ligeros no estructurales Daños importantes Daños graves. 0.8 0.6 0.4 0.1. 0.8 0.4 0.1. 0.8 0.4 0.1. PROTECCIÓN VALOR Pavimentada 1 Sin pavimentar 0.15 Con tratamiento 0.6 superficial Sin tratamiento 0.2 superficial Con diseño 0.5 Sin diseño 0.4 Obstrucción de la 0.2 vía Destrucción total 0.1 de la vía. 19.

(35) AFECTACIÓN VALOR. FACTOR. 1. Muy alto. Redes electricas. Alto. 0.7. Medio. 0.5. Bajo. 0.2. Muy bajo. 0.1. PROTECCIÓN Postes en concreto. VALOR. Postes en madera. 0.1. Postes en acero. 0.5. Redes subterráneas Redes aéreas Planta de energía Subestación eléctrica Sistema móvil de comunicación. 0.6. 0.8 0.4 0.8 0.8 0.4. Fuente: (Hernández & Ramírez, 2016) Para la probabilidad de ocurrencia se usaron los valores determinados para cada valor de amenaza. Tabla 4. Probabilidad anual de ocurrencia dado el valor de la amenaza. Am enaza. Grado. Descripción. Probabilidad de ocurrencia. Muy baja. <9,28. Una vez cada 2500 años. 0.0004. Este limite es comparable con la probabilidad asociada al sismocreible,máximoque se usa para el diseño de presas en Canadá.. 0.002. Una probabiidad de 1/500 es de significado incierto.. baja Media. Una vez cada 500 años Una vez cada 15,03-20,04 100 años 9,28-15,03. 0.01. Alta. 20,04-21,33. una vez cada 20 años. 0.05. Muy alta. >21,33. una vez cada 10 años. 0.10. Significado. La ocurrencia de un deslizamiento en el termino de vida no es probable. Debe esperarseque ocurra un deslizamiento dentro deltiempo devidade una persona o de una estructura tipica,son identificables las perturbaciones pero no parecen recientes. El evento puede ser inminente.Los deslizamientos ocurriran con un periodo de retorno de 10 años o menos y dejarian signos claros de perturbaciones relativamente frescos.. Fuente: (Hernández & Ramírez, 2016) se obtiene el valor del riesgo asociado a vulnerabilidad física del talud inestables, según la expresión: 𝑅𝐹𝑉 = 𝐴 ∗ 𝑉𝐹 ∗ 𝑃. Ecuación 17. (Hernández & Ramírez, 2016). Se destacan los valores de riesgo asociado a vulnerabilidad física para el talud estudiado los cuales fueron agrupados en tres intervalos (Alto, medio y bajo).. 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS Los resultados de estudio de evaluación del riesgo del talud se presentan a continuación acorde a cada una de las etapas planteadas en la metodología.. 20.

(36) 5.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO. Los puntos tomados en el levantamiento topográfico brindaron la información necesaria para la identificación de los elementos del área, donde se encuentra ubicado el talud, entre los cuales se encuentran: la vivienda, la ladrillera, la vía, entre otras ver Figura 27. Figura 27. Vista en planta del talud.. Fuente: Autores. Como resultado de la información se realizó un plano con una superficie del terreno mediante un conjunto de líneas paralelas entre sí, separados una cierta distancia unos de otros, se representa las curvas de nivel como abiertas y cada una envuelve a otra de cota mayor como en la Figura 28. Figura 28. Curvas de nivel del talud.. Fuente: Autores. El perfil transversal se utiliza para proyectar el alzado del talud. Tomando puntos extremos del talud, se puede observar las zonas de elevación más elementales del terreno. Con el plano de curvas de nivel se obtuvo una comprensión clara de las. 21.

(37) propiedades representativas del talud relacionadas con su forma con esto se procedió a realizar el perfil transversal del mismo. Figura 29. Perfil transversal del talud.. Fuente: Autores. El perfil longitudinal se utiliza para proyectar el alzado del talud. Se puede obtener a partir de cartografía base. Se trazan puntos equidistantes al apique, uniendo los puntos correspondientes del terreno topográfico se proyectan los valores de distancia transversal y longitudinal perteneciente a la línea del perfil. Figura 30. Perfil longitudinal del talud.. Fuente: Autores.. 22.

(38) 5.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA. Teniendo en cuenta la descripción el suelo presenta una homogeneidad en el estrato, constituido por limo arenoso de color carmelita. Las características del subsuelo se describen de la siguiente manera: para el apique 1, hasta una profundidad de 2.00 metros. Figura 31. Perfil estratigráfico del suelo. Fuente: Autores. En la Tabla 5 se observan los resultados obtenidos a partir de la caracterización geotécnica en los ensayos de laboratorio, con estos ensayos se pudo identificar que la humedad de 15.55 a 13.30 % y su simbología de acuerdo con el sistema unificado de clasificación de suelos es un limo de baja plasticidad(ML).. 23.

(39) Tabla 5. Resultados de la caracterización geotécnica. Muestra. 1 2 3 4 Inalterada. ProfundiHumedad dad (m). W ( %). 0.80 1.00 1.50 1.80 2.00. 16.17 15.55 13.30 13.71 ---. Gs. Límites Indice de Líquido Plástico plasticidad. (gr / cm 3) LL ( % ) LP ( % ). --------2.67. 37.00 37.00 31.00 35.00 38.00. I P ( %). 28.00 29.00 24.00 27.00 31.00. 9.00 8.00 7.00 8.00 7.00. Granulometria. Corte. % Qque Pasa. Directo. Grava Arena Fino. 9.09 12.42 9.91 9.00 12.23. 89.89 86.99 89.68 90.44 87.46. C. 1.02 --0.59 --0.42 --0.55 --0.32 0.0482. Clasificación de Suelos Clasifiación SUCS Ø. Simbología. --------26. ML ML ML ML ML. Limo de baja plasticidad Limo de baja plasticidad Limo de baja plasticidad Limo de baja plasticidad Limo de baja plasticidad. Fuente: Autores. 5.2.1 Ensayo de contenido de agua (Humedad). Se utilizó el método de secado en el horno y se realizaron los cálculos acordes a la ecuación 1, obteniéndose los porcentajes de humedad para cada uno de los ensayos, tal como se muestra en la tabla 6. Tabla 6. Porcentajes de Humedad Humedad Ensayo No. Tara No. Profundidad Humedad. 1 20 0,8 m 16,17%. 2 21 1,0 m 15,55%. 3 22 1,5 m 13,30%. 4 23 1,8 m 13,71%. Fuente: Autores. De la tabla anterior se puede plasmar la siguiente grafica donde se observar cómo está la humedad del material extraído es parcialmente saturado, considerando el porcentaje de humedad.. Humedad. Figura 32. Humedad Vs profundidad 17.00 16.50 16.00 15.50 15.00 14.50 14.00 13.50 13.00 12.50 12.00 0.6. 0.8. 1.0. 1.2. 1.4. 1.6. 1.8. 2.0. Profundidad. Fuente: Autores.. 24.

(40) 5.2.2 Ensayo de las partículas de los suelos (granulometría). En la tabla 7 se observan los resultados del ensayo granulometría, en ella se presenta los porcentajes que pasa (Grava, Arena y Finos) y los diámetros correspondientes (10%, 30%, y 60%). Tabla 7. Clasificación del suelo y diámetros en la curva. Muestra 1 2 3 4 Inalterada. % Grava 9,09 12,42 9,91 9,00 12,23. % Arena 89,89 86,99 89,68 90,44 87,46. % Finos 1,02 0,59 0,42 0,55 0,32. D10 0,14 mm 0,20 mm 0,21 mm 0,19 mm 0,21 mm. D30 0,27 mm 0,35 mm 0,38 mm 0,36 mm 0,44 mm. D60 0,78 mm 0,96 mm 0,96 mm 0,92 mm 1,06 mm. Fuente: Autores. Con la ecuación 2 y 3 se genera la siguiente graficas donde se clasifica el suelo por la distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen la muestra de suelo. Con las figuras 33 ,34, 35, 36 y 37 de granulometría se toman 3 porcentajes específicos (10%, 30%, y 60%) y se calcula el diámetro del tamiz correspondiente (D10, D30, D60), con estos datos se halla el coeficiente de curvatura (Cc) y el coeficiente de uniformidad (Cu).. Figura 33.. Curva granulométrica muestra 1. Grava. Tabla 8. Coeficientes de la muestra 1.. Fino. Arena. Cu Cc. % que pasa. 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 100.00. 5,57 0,67. Fuente: Autores.. 10.00. 1.00. 0.10. 0.01. Ø del tamiz. Fuente: Autores.. 25.

(41) Figura 34. Curva granulométrica muestra 2. Arena. Tabla 9. Coeficientes de la muestra 2.. Fino. % que pasa. 100.00 90.00 Grava 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 100.00 10.00. Cu Cc. 4,80 0,64. Fuente: Autores.. 1.00. Ø del tamiz. 0.10. 0.01. Fuente: Autores. Figura 35. Curva granulométrica muestra 3. Grava. Arena. Tabla 10. Coeficientes de la muestra 3.. Fino. Cu Cc. % que pasa. 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 100.00. 4,57 0,72. Fuente: Autores.. 10.00. 1.00. 0.10. 0.01. Ø del tamiz. Fuente: Autores. Figura 36. Curva granulométrica muestra 4. Tabla 11. Coeficientes de la muestra 4.. Fino. Arena. Cu Cc. % que pasa. 100.00 90.00 Grava 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 100.00. 4,84 0,74. Fuente: Autores.. 10.00. 1.00. 0.10. 0.01. Ø del tamiz Fuente: Autores.. 26.

(42) Figura 37. Curva granulométrica muestra inalterada. Tabla 12. Coeficientes de la muestra Inalterada.. Fino. Arena. % que pasa. 100.00 90.00 Grava 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 100.00. Cu Cc. 5,05 0,87. Fuente: Autores. 10.00. 1.00. 0.10. 0.01. Ø del tamiz Fuente: Autores. 5.2.3 Ensayo de límite líquido. Con la cazuela de Casagrande se determina el número de golpes necesarios para cerrar ½” la ranura realizada en la muestra dentro de los siguientes intervalos: 25-35; 20-30; 15-25, calculando los contenidos de humedad correspondientes de las muestras y realizando la curva de flujo para cada una (figuras 38, 39, 40, 41 y 42) las cuales permitirán determinar el límite líquido. Figura 38. Determinación de límite líquido Muestra 1. GRAFICA PARA DERTERMINAR LL MUESTRA 1 40.0 y = -0.2449x + 42.857. Humedad. 38.0 36.0 34.0 32.0 15. 17. 19. 21. 23. 25. 27. 29. 31. 33. 35. # de golpes. Fuente: Autores. El limite líquido (LL) correspondiente a la muestra uno, hallado a partir de la figura 38 es: Límite liquido (LL) 37. 27.

(43) Figura 39. Determinación de límite líquido Muestra 2. GRAFICA PARA DERTERMINAR LL MUESTRA 2 42.0. y = -0.5153x + 49.659. Humedad. 40.0 38.0 36.0 34.0 32.0 30.0 15. 17. 19. 21. 23. 25. 27. 29. 31. 33. # de golpes. Fuente: Autores. El limite líquido (LL) correspondiente a la muestra uno, hallado a partir de la figura 39 es: Límite liquido (LL). 37. Figura 40. Determinación de límite líquido Muestra 3.. Humedad. GRAFICA PARA DERTERMINAR LL MUESTRA 3 38.0 36.0 34.0 32.0 30.0 28.0 26.0 24.0 22.0 20.0. y = -0.8929x + 52.974. 15. 17. 19. 21. 23. 25. # de golpes. 27. 29. 31. 33. 35. Fuente: Autores.. 28.

(44) El limite líquido (LL) correspondiente a la muestra uno, hallado a partir de la figura 40 es: Límite liquido (LL). 31. Humedad. Figura 41. Determinación de límite líquido Muestra 4. GRAFICA PARA DERTERMINAR LL MUESTRA 4. 39.0 38.0 37.0 36.0 35.0 34.0 33.0 32.0 31.0 30.0. y = -0.6127x + 50.641. 15. 17. 19. 21. 23. 25. 27. 29. 31. 33. # de golpes. Fuente: Autores. El limite líquido (LL) correspondiente a la muestra uno, hallado a partir de la figura 41 es: Límite liquido (LL) 35 Figura 42. Determinación de límite líquido Muestra Inalterada. GRAFICA PARA DERTERMINAR LL MUESTRA INALTERADA. 50.0. y = -1.6697x + 79.775. Humedad. 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 17. 19. 21. 23. 25. 27. 29. 31. # de golpes. Fuente: Autores.. 29.

(45) El limite líquido (LL) correspondiente a la muestra uno, hallado a partir de la figura 42 es: Límite liquido (LL). 38. 5.2.4 Ensayo de limite plástico e índice de plasticidad del suelo. Para este ensayo de límite plástico se realizaron los rollos de suelo humedecido y después de secado al horno con los datos obtenidos se calcula el contenido de humedad. Tabla 13. Toma de datos de límite plástico Limite Plastico Ensayo No. 1 W Tara + Suelo Hum 11.1 g W Tara + Suelo Seco 10.8 g W Tara 9.5 g W agua 0.3 g W Suelo seco 1.3 g Humedad (%) 23.08 Promedio Humedad(%). 2 15.6 g 14.6 g 10.5 g 1.0 g 4.1 g 24.39 26.54. 3 12.4 g 11.5 g 8.7 g 0.9 g 2.8 g 32.14. Fuente: Autores. Se realizó el mismo procedimiento de la tabla 14 en cada una de las muestras para obtener el promedio como se muestra en la tabla 15. Tabla 14. Humedad de límite plástico. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra Inalterada. 1 27.87 23.08 15.63 23.08. Limite Plastico 2 26.53 40.00 10.00 24.39. 3 28.21 23.53 46.67 32.14. Promedio 28 29 24 27. 25.71. 35.71. ---. 31. Fuente: Autores. Con los dos ensayos anteriores y utilizando la ecuación 5, se puede sacar el índice de plasticidad.. 30.

(46) Tabla 15. Calculo de Índice de Plasticidad. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra Inalterada. Límite Líquido 37 37 31 35. Límite Plastico 28 29 24 27. Índice de plasticidad 9 8 7 8. 38. 31. 7. Fuente: Autores. En la gráfica de plasticidad del sistema unificado de clasificación de suelos (USCS) se genera los siguientes puntos con respecto a la tabla 16. Figuras 43. Grafica de plasticidad USCS. 60. ALTA. MEDIA. BAJA. Índice de Plasticidad (IP). 50 CH o OH 40 30. CL o OL. 20. MH o OH 10 CL— ML. ML o OL. 0 0. . Fuente: Autores.. 10. 20. 30. 40 50 60 70 Límite Líquido (LL). 80. 90. 100. 110. Con los puntos que están en la gráfica se puede identificar que el suelo es ML (Limo de baja plasticidad). 5.2.5 Ensayo de gravedad especifica. Para el cálculo de la gravedad específica se tomaron los valores de la densidad y coeficiente de corrección, sacada de la Norma Invias.. 31.

(47) Figura 44. Densidad del agua y coeficiente de corrección por temperatura.. Fuente: (INVÍAS, 2012) Para este ensayo solo se van a utilizar las ecuaciones 7, 8 y 9 propuestas por la norma Invias. Analizando el valor de Gs respecto la figura 44, el tipo de material de esta muestra es un limo inorgánico. Tabla 16. Calculo de gravedad especifica. Temperatura Densidad V Calibrado del Picnómetro W del Picnómetro lleno Gravedad Específica. Promedio de Datos 25.8 °C 0.99684 g/cm³ 498.07 m³ 650.25 g 2.67. Fuente: Autores. 5.2.6 Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada. Para este ensayo, se prepararon tres especímenes de la muestra inalterada, la cual se realizaron tres ensayos en la máquina de corte directo, a partir de los resultados obtenidos de la máquina, se remplazaron en las ecuaciones 10 y 11 que se encuentran en la norma Invias, donde se halla el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal de las tres secciones que se realizaron.. 32.

(48) Figura 45. Esfuerzo cortante Vs Desplazamiento horizontal. 2 1.8 1.6. τ (Kg/cm²). 1.4 1.2 1. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Desplazamiento Horizontal (mm). Fuente: Autores. En la figura 45 se representan tres curvas “Esfuerzo cortante Vs Desplazamiento horizontal” correspondientes a los especímenes 1, 2 y 3 con cargas de 1000, 2000 y 4000 gramos. Figura 46. Esfuerzo cortante Vs Deformación unitaria. 2.00 1.80 1.60 1.40. τ (Kg/cm²). 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.000. 0.005. 0.010. 0.015. 0.020. 0.025. 0.030. ɛ (%). Fuente: Autores. En la figura 46 se representan tres variables en la gráfica “Esfuerzo cortante Vs Deformación unitaria” correspondientes a los especímenes 1, 2 y 3.. 33.

(49) Tabla 17. Mayor esfuerzo cortante y Esfuerzo normal.. τ (Kg/cm²) 0.5543 1.0110 2.0231. δ (kg/cm²) 1 2 4. Fuente: Autores. A partir de los esfuerzos cortantes máximos en la Tabla 18 se representan tres puntos los cuales son “Esfuerzo cortante máximo vs esfuerzo normal” correspondientes a los especímenes 1, 2 y 3. Figuras 47. Esfuerzo cortante Vs Esfuerzo normal. 2.50. τ (Kg/cm²). 2.00. 1.50. 1.00 y = 0.4919x + 0.0482 R² = 0.9994. 0.50. 0.00 0.00. 0.50. 1.00. 1.50. 2.00. 2.50. 3.00. 3.50. 4.00. 4.50. δ (kg/cm²). Fuente: Autores. En la figura 47 se grafica la envolvente de falla con las parejas de puntos que se presentan en la tabla 18, obteniéndose los valores correspondientes, de la cohesión (C) y ángulo de fricción interna (Φ); valores que se relacionan en la tabla 19. Tabla 18. cohesión y ángulo de fricción interna C Φ. 0.0482 Kg/cm² 26°. Fuente: Autores.. 34.

(50) 5.2.7 Módulo de elasticidad. Con los resultados obtenidos por el ensayo de corte directo se puede calcular el módulo de elasticidad como lo indica la ecuación 12. Tabla 19. Módulo de elasticidad.. E1 E2 E3 Σ=. 4115.54 Kpa 10155.6 Kpa 11364 Kpa 8545.06 Kpa. Fuente: Autores. En la tabla 20 se observa el módulo de elasticidad de los especímenes 1, 2 y 3, se presenta que el módulo de elasticidad es de 8545.06 Kpa. 5.3 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD. Se realiza una vez analizada la información y los resultados obtenidos a partir de la caracterización geotécnica. 5.3.1 Determinación del factor de seguridad FS. Con los programas Slide y Adonis ingresando los parámetros obtenidos del ensayo de corte directo se determinó el factor de seguridad sin un eventual sismo y graficó el perfil del talud. La determinación del Fs se realizó a través de diez (10) métodos mostrados en la Tabla 21 en los cuales se pudo visualizar la geometría de las posibles superficies rotura. Tabla 20. Factores de Seguridad Metodo FOS o FS Programa Ordinary - Fellenios 1,637 Slide Bishop Simplified 1,644 Slide Janbu simplified 1,633 Slide Janbu Correted 1,654 Slide Spencer 1,641 Slide Corps of Engineers # 1 1,643 Slide Corps of Engineers # 2 1,648 Slide Lowe - karafiath 1,645 Slide GLE / Morgenstern Prince 1,641 Slide Reducción de resistencia al corte 1,428 Adonis. Fuente: Autores. En la Figura 48, se observa la superficie de falla codificadas con colores, estos colores están escalados con los diferentes valores del factor de seguridad (Fs). Mediante el método de Ordinary – Fellenius del programa se determinó que la. 35.

(51) superficie de falla está ubicada en la corona del talud, teniendo un factor de seguridad de 1.637. Figura 48. Método de Ordinary – Fellenius.. Fuente: Autores. En la Figura 49, se observa la superficie de deslizamiento codificadas con colores, estos colores están escalados con los diferentes valores del factor de seguridad (Fs). Mediante el método de Bishop simplified del programa se determinó que la superficie de falla está ubicada en la corona del talud, teniendo un factor de seguridad de 1.644. Figura 49. Método de Bishop simplified.. Fuente: Autores. En la Figura 50, se observa la superficie de deslizamiento codificadas con colores, estos colores están escalados con los diferentes valores del factor de seguridad (Fs). Mediante el método de Jambu simplified del programa se determinó que la superficie de falla está ubicada en la corona del talud, teniendo un factor de seguridad de 1.633.. 36.

(52) Figura 50. Método de Jambu simplified.. Fuente: Autores. En la Figura 51, se observa la superficie de deslizamiento codificadas con colores, estos colores están escalados con los diferentes valores del factor de seguridad (Fs). Mediante el método de Jambu Corrected del programa se determinó que la superficie de falla está ubicada en la corona del talud, teniendo un factor de seguridad de 1.654. Figura 51. Método de Jambu Corrected.. Fuente: Autores. En la Figura 52, se observa la superficie de deslizamiento codificadas con colores, estos colores están escalados con los diferentes valores del factor de seguridad (Fs). Mediante el método de Spencer del programa se determinó que la superficie de falla está ubicada en la corona del talud, teniendo un factor de seguridad de 1.641.. 37.

(53) Figura 52. Método de Spencer.. Fuente: Autores. En la Figura 53, se observa la superficie de deslizamiento codificadas con colores, estos colores están escalados con los diferentes valores del factor de seguridad (Fs). Mediante el método de Método de Corps of Engineers # 1 del programa se determinó que la superficie de falla está ubicada en la corona del talud, teniendo un factor de seguridad de 1.643. Figura 53. Método de Corps of Engineers # 1.. Fuente: Autores. En la Figura 54, se observa la superficie de deslizamiento codificadas con colores, estos colores están escalados con los diferentes valores del factor de seguridad (Fs). Mediante el método de Método de Corps of Engineers # 2 del programa se determinó que la superficie de falla está ubicada en la corona del talud, teniendo un factor de seguridad de 1.648.. 38.