UCE€¦ · UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEO...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS,

PETRÓLEO Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA DE MINAS

Diseño de estabilidad de zonas susceptibles a movimientos en masa en las

abscisas 20+00 y 35+200 de la carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La

Independencia”

Trabajo de titulación, modalidad proyecto integrador para optar por el Título de

Ingeniero de Minas

AUTOR: Reascos Masapanta David Rafael

TUTOR: Ing. César Silvio Bayas Vallejo

Quito, marzo 2020

ii

DERECHOS DE AUTOR

Yo, David Rafael Reascos Masapanta, en calidad de autor del Proyecto Integrador realizado

sobre “DISEÑO DE ESTABILIDAD DE ZONAS SUSCEPTIBLES A MOVIMIENTOS

EN MASA EN LAS ABSCISAS 20+00 Y 35+200 DE LA CARRETERA “MITAD DEL

MUNDO-CALACALÍ-LA INDEPENDENCIA”, de conformidad con el Artículo 114 del

CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,

CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedo a favor de la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la

obra, con fines estrictamente académicos.

De igual manera, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la

digitalización y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio digital, de

conformidad a lo dispuesto en el Artículo 144 de la LEY ORGÁNICA DE EDUCACIÓN

SUPERIOR.

El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de

expresión y no infringe el derecho de autor a terceros, asumiendo la responsabilidad por

cualquier reclamación que pudiere presentarse por esta causa y liberando a la Universidad de

toda responsabilidad.

Quito, D.M., 15 de marzo del 2020

……………………………….

David Rafael Reascos Masapanta

C.I.: 1724155252

Teléfono: 0984570383

e-mail: [email protected]

iii

APROBACIÓN DEL TUTOR

En calidad de Tutor del Proyecto de Titulación presentado por DAVID RAFAEL REASCOS

MASAPANTA, para optar el Grado de Ingeniero de Minas; con el tema: “DISEÑO DE

ESTABILIDAD DE ZONAS SUSCEPTIBLES A MOVIMIENTOS EN MASA EN LAS

ABSCISAS 20+00 Y 35+200 DE LA CARRETERA “MITAD DEL MUNDO-

CALACALÍ-LA INDEPENDENCIA”, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y

méritos para ser sometido a la presentación pública y evaluación por parte del tribunal

examinador designado.

En la ciudad de Quito, a los 15 días del mes de marzo del 2020.

……………………………….

Ing. César Silvio Bayas Vallejo

DOCENTE TUTOR

iv

INFORME DE APROBACIÓN DEL TRIBUNAL

Los docentes miembros del Tribunal del Proyecto de Titulación denominado: “DISEÑO DE

ESTABILIDAD DE ZONAS SUSCEPTIBLES A MOVIMIENTOS EN MASA EN LAS

ABSCISAS 20+00 Y 35+200 DE LA CARRETERA “MITAD DEL MUNDO-

CALACALÍ-LA INDEPENDENCIA”, elaborado por el señor DAVID RAFAEL

REASCOS MASAPANTA, estudiante de la Carrera de Ingeniería de Minas, declaran que el

presente proyecto ha sido revisado, verificado y aprobado legalmente, por lo que lo califican

como original y auténtico del Autor.

En la ciudad de Quito, a los 15 días del mes de marzo del 2020.

………………………………. ……………………………….

Ing. Danny Burbano M. M.Sc. Ing. Marlon Ponce M.Sc.

MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL

v

DEDICATORIA

A mi familia, por su amor y apoyo para cumplir esta importante meta en mi vida, por ser mi

motor y motivo para atreverme a soñar en grandes cosas.

A la memoria de quien fue un gran profesor y ser humano, el Ing. Román Vlasov.

A mis amigos…

vi

AGRADECIMIENTOS

El más grande de los agradecimientos a mis queridos padres: Blanca y Julio, que me apoyaron

durante toda mi vida en todo lo que estuvo a su alcance, por su amor y sacrificio, por hacerme

una persona de bien, espero poder devolverles algún día un poco de lo mucho que han hecho

por mí.

A mis hermanos Byron y Valentina por su cariño, por contar siempre con ellos, por alegrarme

la vida.

A mis abuelitos Luz y Rafael por cuidarme desde niño, por amor, su paciencia.

A los profesores de la Escuela de Minas, por formarme no solo en lo académico sino en

también como persona, por sus valiosísimos consejos.

A mis amigos que aportaron al desarrollo de este trabajo: Santiago, Adrián, Ismael, Mónica,

Esteban, Dayana, Kevin.

A todos mis amigos de la universidad gracias por brindarme su amistad y por su solidaridad.

Al Ing. Marco Vallejo y al Ing. Juan Anda por las facilidades prestadas para la realización de

esta tesis.

vii

ÍNDICE DE CONTENIDO

Pág.

DERECHOS DE AUTOR ......................................................................................................... ii APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................................ iii

INFORME DE APROBACIÓN DEL TRIBUNAL ................................................................. iv DEDICATORIA ........................................................................................................................ v AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................ vi ÍNDICE DE CONTENIDO ..................................................................................................... vii ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................. xi

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................. xv ÍNDICE DE ANEXOS ........................................................................................................... xix ABREVIATURAS Y SIGLAS ................................................................................................ xx

RESUMEN ............................................................................................................................. xxi ABSTRACT ........................................................................................................................... xxii INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... xxiii CAPÍTULO I ............................................................................................................................. 1

1. ANTECEDENTES ............................................................................................................ 1

1.1 Estudios previos. .................................................................................................... 1

1.2. Justificación. ............................................................................................................... 2 1.3. Beneficiarios Directos e Indirectos ............................................................................. 3

1.3.1 Beneficiarios Directos. .......................................................................................... 3

1.3.1 Beneficiarios Indirectos. ....................................................................................... 3 1.4. Relevancia. .................................................................................................................. 4

1.5 Aportes. ........................................................................................................................ 4 1.6 Recursos. ...................................................................................................................... 4

CAPÍTULO II ............................................................................................................................ 6 2. MARCO LÓGICO DEL PROYECTO .............................................................................. 6

2.1 Planteamiento del problema. ........................................................................................ 6 2.2 Formulación del proyecto. ........................................................................................... 6 2.3 Variables. ..................................................................................................................... 7

2.4 Objetivos. ..................................................................................................................... 8 2.4.1 Objetivo general. ................................................................................................... 8

2.4.2 Objetivos específicos. ........................................................................................... 8 2.5 Factibilidad. ................................................................................................................. 8

2.6 Acceso a la información............................................................................................... 9 CAPÍTULO III ......................................................................................................................... 10

3. MARCO METODOLÓGICO .......................................................................................... 10 3.1 Tipo de estudio. .......................................................................................................... 10

3.1.1 Estudios descriptivos. ......................................................................................... 10 3.1.2 Estudios correlacionales. ..................................................................................... 10 3.1.3 Estudios semicuantitativos. ................................................................................. 10

3.2 Universo. .................................................................................................................... 11 3.3 Muestra. ..................................................................................................................... 11 3.4 Técnica. ...................................................................................................................... 11 3.5 Metodología. ...................................................................................................... 12

3.5.1 Investigación Preliminar. .................................................................................... 13

3.5.2 Cartografía Temática. ......................................................................................... 13 3.5.3 Investigaciones de campo. .................................................................................. 14 3.5.4 Etapa de laboratorio. ........................................................................................... 14

viii

3.5.5 Análisis y Diseño. ............................................................................................... 14

CAPITULO IV......................................................................................................................... 16 4. MARCO TEÓRICO......................................................................................................... 16

4.1 Ubicación de los sitios críticos. ................................................................................. 16 4.2 Vías de acceso. ........................................................................................................... 17

4.3 Rasgos Fisiográficos. ................................................................................................. 18 4.3.1 Relieve. ............................................................................................................... 18 4.3.2 Hidrografía. ......................................................................................................... 19 4.3.4 Clima. .................................................................................................................. 20 4.3.5 Vegetación. ......................................................................................................... 22

4.4 Contexto Geológico Regional. ................................................................................... 23 4.5 Geología Estructural .................................................................................................. 27 4.6 Geomorfología. .......................................................................................................... 28

4.7 Sismicidad. ................................................................................................................. 29 CAPÍTULO V .......................................................................................................................... 31

5. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................... 31 5.1 Caracterización del macizo rocoso. ........................................................................... 31

5.1.1 Estaciones geomecánicas. ................................................................................... 31

5.1.2 Caracterización de matriz rocosa. ....................................................................... 32

5.1.3 Caracterización de las discontinuidades. ............................................................ 34 5.1.4 Relleno. ............................................................................................................... 37 5.1.5 Filtraciones. ......................................................................................................... 37

5.1.6 Parámetros del macizo rocoso. ........................................................................... 37 5.1.6.1 Número y orientación de familias de discontinuidades. .................................. 37

5.1.7 Metodología para valoración del macizo rocoso. ............................................... 39 5.1.7.1 Clasificaciones Geomecánicas. ........................................................................ 39

5.1.8 Tipos de rotura. ................................................................................................... 45 5.1.8.1 Rotura plana. .................................................................................................... 45

5.1.8.2 Rotura en cuña. ................................................................................................ 46 5.1.8.3 Rotura por pandeo. ........................................................................................... 46 5.1.8.4 Vuelco de estratos. ........................................................................................... 47

5.1.8.5 Rotura circular. ................................................................................................ 47 5.2 Caracterización del suelo. .......................................................................................... 47

5.2.1 Ángulo de fricción (𝝋). ....................................................................................... 47 5.2.2 Cohesión (c). ....................................................................................................... 48

5.2.3Distribución granulométrica. ............................................................................... 48 5.2.4 Límites de Atterberg. .......................................................................................... 49 5.2.5 Humedad natural. ................................................................................................ 50

5.2.6 Peso específico. ................................................................................................... 50

5.2.7 Coeficiente de presión de poros (Ru).................................................................. 51

5.2.8 Clasificación SUCS. ........................................................................................... 51 5.3 Teorías sobre la resistencia de materiales. ................................................................. 52

5.3.1 Criterio de rotura de Mohr-Coulomb. ................................................................. 52 5.3.2 Criterio de rotura de Hoek & Brown. ................................................................. 53 5.3.3 Criterio de rotura de Barton -Bandis. .................................................................. 55

5.4 Factores condicionantes y desencadenantes. ............................................................. 56 5.5 Cálculo de estabilidad de taludes. .............................................................................. 57

5.5.1 Método de equilibrio límite. ............................................................................... 58 5.6 Medidas de estabilización. ......................................................................................... 60

5.6.1 Modificación de la geometría. ............................................................................ 60

ix

5.6.2 Obras de drenaje. ................................................................................................ 61

5.6.3 Elementos estructurales resistentes. .................................................................... 61 5.6.4 Muros y elementos de contención....................................................................... 61 5.6.5 Medidas de protección superficial. ..................................................................... 62

5.7 Medidas de control y auscultación. ............................................................................ 62

CAPÍTULO VI......................................................................................................................... 65 6. CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA DE LOS TALUDES .............. 65

6.1 Talud de la abscisa 20+00. (N° 1) ............................................................................. 65 6.1.1 Estratigrafía Local. .............................................................................................. 65 6.1.2 Análisis Estructural. ............................................................................................ 72

6.1.3 Determinación del RMR (Rock Mass Rating). ................................................... 78 6.1.4 Determinación GSI. ........................................................................................ 82 ...................................................................................................................................... 83

6.1.5 Determinación del SMR. .................................................................................... 83 6.2 Talud 35+200. (N° 2) ................................................................................................. 88

6.2.1 Estratigrafía Local. .............................................................................................. 88 6.2.2 Análisis Estructural ............................................................................................. 92

6.2.2.2 Falla por vuelco. .................................................................................................. 95

6.2.3 Determinación del RMR (Rock Mass Rating). ................................................... 97

CAPÍTULO VII ..................................................................................................................... 103 7. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES ................................................................. 103

7.1 Talud 20+00. (N° 1) ................................................................................................. 103

7.2 Talud 35+200. (N° 2) ............................................................................................... 108 CAPÍTULO VIII .................................................................................................................... 115

8. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE ............ 115 Factor de seguridad previo al diseño. ................................................................................ 115

8.1 Zonificación sísmica. ............................................................................................... 115 8.2 Aceleración sísmica horizontal. ............................................................................... 116

8.3 Aceleración sísmica vertical. ................................................................................... 118 8.4 Coeficiente de Presión de Poros (Ru). ..................................................................... 119 8.5 Cálculo del factor de seguridad................................................................................ 119

8.5.1 Talud de la abscisa 20+00. ................................................................................ 120 8.5.2 Talud de la abscisa 35+200 ................................................................................... 123

8.6 DISCUSIÓN DE RESULTADOS. .......................................................................... 126 Talud 20+00. .............................................................................................................. 126

Talud 35+200. ............................................................................................................ 126 CAPÍTULO IX....................................................................................................................... 128

9. DISEÑO DE ESTABILIDAD ....................................................................................... 128 9.1 Talud 20+00. ............................................................................................................ 128

9.1.1 Saneo del talud. ................................................................................................. 128 9. 1.2 Revegetación. ................................................................................................... 129 9.1.3 Diseño de obras para control del agua. ............................................................. 133

9.1.4 Volumen de material a remover. ....................................................................... 137 9.2 Talud 35+200. .......................................................................................................... 138

9.2.1 Ancho de la plataforma de trabajo (𝑩𝒑𝒕) ......................................................... 140 9.2.2 Ancho de la berma de resguardo en liquidación. .............................................. 143 9.2.3 Cálculo del factor de seguridad post diseño. .................................................... 144 9.2.4 Diseño de pernos de anclaje. ............................................................................. 149 9.2.5 Diseño de obras de desagüe. ............................................................................. 150 9.2.6 Medidas contra la erosión y consideraciones adicionales................................. 159

x

9.2.7 Volumen de material a remover. ....................................................................... 160

CAPÍTULO X ........................................................................................................................ 162 10. AUSCULTACIÓN DE TALUDES ............................................................................. 162

10.1 Equipo e instrumentación. ..................................................................................... 162 10.2 Distribución de los puntos a auscultar. .................................................................. 164

10.2.1 Talud 20+00. ................................................................................................... 164 10.2.2 Talud 35+200. ................................................................................................. 165

CAPÍTULO XI....................................................................................................................... 167 11.1 PARÁMETROS ECONÓMICOS ............................................................................. 167

11.1.1 Maquinaría disponible. ....................................................................................... 167

11.1.2 Tiempo de remoción de material. ....................................................................... 168 11.1.3 Mano de obra. ..................................................................................................... 169 11.1.4 Costo horario de maquinaría. .............................................................................. 169

11.1.6 Costos por construcción de cunetas y bajante (disipador de energía). ............... 175 11.1.7 Costo de instalación de geotextil y revegetación. ............................................... 177 11.1.8 Costo de drenes californianos. ............................................................................ 178 11.1.9 Costo de pernos de anclaje. ................................................................................. 179 11.1.10 Costo de malla de triple torción. ....................................................................... 180

11.1.11 Costo de colocación de mojones. ...................................................................... 180

11.2 IMPACTO SOCIAL .................................................................................................. 182 11.3 IMPACTO AMBIENTAL ......................................................................................... 182

CONCLUSIONES ................................................................................................................. 183

RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 186 ANEXOS ............................................................................................................................... 221

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Diagrama de flujo de metodología a emplearse en la investigación ........................ 12

Figura 2. Mapa de ubicación de los sitios críticos ................................................................... 16

Figura 3. Ruta de acceso a los sitios críticos ........................................................................... 17

Figura 4. Mapa de Relieve de la Zona de Estudio ................................................................. 18

Figura 5. Mapa de Pendientes de la Zona de Estudio ............................................................ 18

Figura 6. Mapa Hidrográfico de la Zona de Estudio ............................................................. 19

Figura 7. Mapa Climático de la Zona de Estudio .................................................................. 20

Figura 8. Mapa de Isotermas de la Zona de Estudio ................................................................ 21

Figura 9. Mapa de Isoyetas de la Zona de Estudio ................................................................. 22

Figura 10: Vegetación en la zona de estudio ......................................................................... 22

Figura 11. Geología Regional .................................................................................................. 24

Figura 12. Geología estructural de la Zona de Estudio ........................................................... 27

Figura 13. Mapa Geomorfológico de la Zona de Estudio ........................................................ 29

Figura 14. Mapa Sísmico de la Zona de Estudio ..................................................................... 30

Figura 15. Formato para levantamiento de información en campo. ...................................... 32

Figura 16. Medición del espaciamiento de las discontinuidades .......................................... 35

Figura 17. a) continuidad de la estratificación b) continuidad de diaclasas ............................ 35

Figura 18. Abertura de discontinuidades ............................................................................... 36

Figura 19. Parámetros para determinar el GSI ....................................................................... 44

Figura 20. Esquema de rotura plana ...................................................................................... 45

Figura 21. Esquema de rotura por cuña ................................................................................... 46

Figura 22. Esquema de rotura por pandeo ............................................................................... 46

Figura 23. Esquema de rotura circular ..................................................................................... 47

Figura 24. a) Equipo para realizar el ensayo de clasificación granulométrica; b) tamices ...... 48

Figura 25. Curva granulométrica ............................................................................................. 49

Figura 26. Estados del suelo y límites de Atterberg ................................................................ 49

Figura 27. valores de Ru propuesto para posiciones del nivel freático en un talud ................. 51

Figura 28. Clasificación SUCS ................................................................................................ 51

Figura 29. Círculo de Mohr para un ensayo triaxial ................................................................ 52

Figura 30. Representación del criterio de rotura de Hoek y Brown ........................................ 53

Figura 31. Factores de disturbancia (D) del criterio de Hoek y Brown ................................... 54

Figura 32. Perfiles de rugosidad para discontinuidades y su valoración de acuerdo al criterio de

Barton-Bandis .......................................................................................................................... 55

Figura 33. a) Ensayo con el martillo Schmidt; b) Ábaco de Deere-Miller .............................. 55

Figura 34. Factores que influyen en la inestabilidad de un talud (condicionantes y

desencadenantes)...................................................................................................................... 56

Figura 35. Métodos para el cálculo de estabilidad en taludes.................................................. 57

Figura 36. Representación de las fuerzas que actúan en la superficie de falla de un talud ..... 58

Figura 37. Medidas de estabilización para taludes .................................................................. 62

Figura 38. Medidas de auscultación para monitoreo de taludes .............................................. 64

Figura 39. Geología Local del Sitio Crítico en la abscisa 20+00 ............................................ 65

Figura 40. Estratigrafía del talud en la abscisa 20+00 ............................................................. 68

Figura 41. Muestras de lutita .................................................................................................. 70

Figura 42. Muestras de limolita ............................................................................................... 70

Figura 43. Polos de las discontinuidades levantadas: diaclasas y estratificaciones ................. 71

xii

Figura 44. Concentración de polos de las discontinuidades y ubicación de los sets principales

.................................................................................................................................................. 71

Figura 45. Determinación de las familias de discontinuidades y sus respectivas orientaciones.

.................................................................................................................................................. 72

Figura 46. Análisis cinemático para rotura planar ................................................................... 73

Figura 47. Análisis cinemático para rotura por vuelco ............................................................ 74

Figura 48. Análisis cinemático para cuñas .............................................................................. 75

Figura 49. Análisis cinemático de la cuña identificada ........................................................... 76

Figura 50. Contabilización del número de discontinuidades en 1 m lineal en el macizo rocoso

.................................................................................................................................................. 78

Figura 51. Determinación del RMR básico para el talud de la abscisa 20+00 ........................ 81

Figura 52. Determinación del GSI del talud de abscisa 20+00................................................ 82

Figura 53. Geología Local del Sitio Crítico en la abscisa 35+200 .......................................... 87

Figura 54. a) limolitas; b) limo de baja plasticidad color púrpura; c) limo arcilloso color ocre;

d) arena con lapilli ................................................................................................................... 89

Figura 55. Polos de las discontinuidades levantadas ............................................................... 91

Figura 56. Concentración de polos de las discontinuidades y ubicación de los sets principales

.................................................................................................................................................. 91

Figura 57. Determinación de las familias de discontinuidades. ............................................... 92

Figura 58. Análisis cinemático para rotura planar ................................................................... 93

Figura 59. Análisis cinemático para rotura por vuelco ............................................................ 94

Figura 60. Análisis cinemático para cuñas .............................................................................. 95

Figura 61. Contabilización del número de discontinuidades en 1 m lineal en el macizo rocoso

.................................................................................................................................................. 96

Figura 62. Determinación del RMR básico para el talud de la abscisa 35+200 ...................... 99

Figura 63. Determinación del GSI del talud de abscisa 35+200............................................ 100

Figura 64. Ejecución del ensayo con esclerómetro ................................................................ 102

Figura 65. Resultado de velocidades para las líneas sísmicas ............................................... 108

Figura 66. Ejecución del ensayo con esclerómetro ................................................................ 110

Figura 67. Mapa para diseño sísmico ................................................................................... 114

Figura 68. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el

Método de Bishop Simplificado .......................................................................................... 120


Método de Janbu Simplificado ............................................................................................ 120


Método de Spencer ................................................................................................................ 121


Método de GLE/Morgenstern Price ....................................................................................... 121









Figura 76. a) Bloques de roca de 50 cm aprox.; b) Roca altamente fracturada con tamaño

aproximado de 10 cm ............................................................................................................. 127

Figura 77. a) Estructura de la geomalla C350 V max; b) Colocación de la geomalla en talud

................................................................................................................................................ 128

xiii

Figura 78. Configuración de instalación de grapas de acuerdo a la pendiente del talud ...... 129

Figura 79. Esquema referencial de instalación de geomalla y los parámetros recomendados

................................................................................................................................................ 130

Figura 80. Proceso de hidrosiembra....................................................................................... 131

Figura 81. Ortofoto del talud en la abscisa 20+00 ............................................................... 131

Figura 82. Mapa de microcuencas para el sector del talud 20+00 ........................................ 133

Figura 83. Dimensiones de diseño de la cuneta de coronación ............................................. 135

Figura 84. Vista en planta de la ubicación de la cuneta de coronación ................................. 135

Figura 85. Modelado 3D del talud en la abscisa 20+00 ......................................................... 136

Figura 86. Distancia del sitio de interés a la escombrera B1-C1 ........................................... 136

Figura 87. Perfil con obras de diseño del talud en la abscisa 35+200 ................................... 139

Figura 88. Dimensiones de la excavadora CAT-M 320 D2L ............................................... 140

Figura 89. Dimensiones de la volqueta FM8JL7D-XG3 ....................................................... 141

Figura 90. Dimensiones de la plataforma de trabajo ............................................................. 142

Figura 91. Dimensiones de la berma de liquidación .............................................................. 142

















Figura 100. Esquema referencial de las dimensiones consideradas de diseño para los diferentes

componentes de la estructura de los pernos de anclaje ........................................................ 149

Figura 101. Disposición de los pernos de anclaje en roca altamente meteorizada ................ 149

Figura 102. Mapa de microcuencas hidrográficas ................................................................. 151

Figura 103. Dimensiones de diseño de la cuneta de coronación ........................................... 152

Figura 104. Dimensiones de diseño de las cunetas de pie de talud ..................................... 153

Figura 105. Vista frontal de la disposición de drenes californianos en los bancos. .............. 154

Figura 106. Vista frontal de la disposición de drenes californianos (en RAM) .................... 155

Figura 107. Vista en perfil de la disposición de los drenes californianos en los bancos ...... 155

Figura 108.Cálculo del caudal posible de manejo a partir de las dimensiones de diseño de

disipador de energía consideradas ...................................................................................... 156

Figura 109. Dimensiones de diseño de disipador de energía mediante pantallas deflectoras

................................................................................................................................................ 157

Figura 110. Vistas del disipador de energía .......................................................................... 157

Figura 111.Vista en planta de las obras de drenaje propuestas en el diseño ......................... 158

Figura 112.Geotextil ubicado en la corona del talud de la abscisa 24+880 de la carretera

Calacalí-La Independencia ..................................................................................................... 158

Figura 113. Colocación de malla de triple torción ................................................................. 159

xiv

Figura 114. Modelado 3D del talud en la abscisa 35+200: a) Talud prediseño b) Talud post

diseño ..................................................................................................................................... 159

Figura 115. Distancia del sitio de interés a la escombrera B1-C1 ......................................... 160

Figura 116. Dimensiones de los mojones .............................................................................. 162

Figura 117. Distribución de mojones y puntos de observación en el talud de la abscisa 20+00

................................................................................................................................................ 164

Figura 118. Distribución de mojones y puntos de observación en el talud de la abscisa 35+200

................................................................................................................................................ 165

xv

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Variables dependientes e independientes del proyecto................................................ 7

Tabla 2. Coordenadas de los sitios críticos .............................................................................. 17

Tabla 3. Temperaturas mensuales registradas por la estación meteorológica San Antonio de

Pichincha .................................................................................................................................. 20

Tabla 4. Precipitaciones mensuales registradas por la estación meteorológica Calacalí ......... 21

Tabla 5. Parámetros a considerarse para la descripción del afloramiento ............................... 31

Tabla 6. Parámetros para determinación del grado de la meteorización en la matriz rocosa .. 33

Tabla 7. Categorización de la resistencia de la roca por índices de campo ............................ 34

Tabla 8. Parámetros del espaciado en discontinuidades .......................................................... 35

Tabla 9. Parámetros y categorización de la continuidad de las estructuras ............................. 36

Tabla 10. Parámetros de la abertura ......................................................................................... 36

Tabla 11. Calidad de la roca de acuerdo al RQD ..................................................................... 38

Tabla 12. Relación del parámetro Jv con el tamaño de bloques ............................................. 38

Tabla 13. Clasificación Geomecánica de Bieniawski, 1989 .................................................... 40

Tabla 14. Corrección por la orientación de diaclasas de acuerdo al tipo de obra ingenieril .. 41

Tabla 15. Categorización de las discontinuidades en función del sentido de la obra ingenieril

.................................................................................................................................................. 41

Tabla 16. Valoraciones para el factor F4 ................................................................................. 42

Tabla 17. Sostenimientos de acuerdo al índice SMR .............................................................. 43

Tabla18. Categorías de macizo rocoso de acuerdo al índice GSI ............................................ 45

Tabla 19. Descripción de tamices según la ASTM .................................................................. 48

Tabla 20. Resumen de métodos de cálculo de estabilidad considerados para el proyecto ...... 59

Tabla 21. Resumen de métodos de control de movimientos en la superficie del talud ........... 63

Tabla 22. Resumen de métodos de control de movimientos en el interior del talud ............... 63

Tabla 23. Descripción de la estratigrafía del talud en la abscisa 20+00 ................................. 66

Tabla 24. Descripción y ubicación de las muestras tomadas .................................................. 70

Tabla 25. Datos del talud y material para el análisis cinemático ............................................. 72

Tabla 26. Parámetros de análisis en rotura planar .................................................................. 73

Tabla 27. Parámetros de análisis en rotura por vuelco ........................................................... 74

Tabla 28. Combinaciones de discontinuidades para determinar cuñas ................................... 75

Tabla 29. Parámetros de análisis para rotura por cuña ............................................................ 76

Tabla 30. Resumen del análisis cinemático en el talud de la abscisa 20+00 ........................... 77

Tabla 31. Categorización de tamaño del bloque de acuerdo al índice Jv ................................ 78

Tabla 32. Categorización del tipo de bloque de matriz rocosa ............................................... 78

xvi

Tabla 33. Categorización de la calidad de la roca ................................................................... 79

Tabla 34. Resumen de las propiedades de las familias de discontinuidades ........................... 79

Tabla 35. Categorización del macizo rocoso según GSI ........................................................ 82

Tabla 36. Datos de entrada para el cálculo del SMR ............................................................... 83

Tabla 37. Resumen de los valores obtenidos de SMR para la familia D3 ............................... 85

Tabla 38. Resumen de los valores obtenidos de SMR para cada familia de discontinuidad ... 85

Tabla 39. Resumen de los valores obtenidos de SMR para cada familia ................................ 86

Tabla 40. Medidas propuestas de corrección de acuerdo al valor de SMR para el talud 20+00.

.................................................................................................................................................. 86

Tabla 41. Descripción de la estratigrafía del talud en la abscisa 35+200 ............................... 88

Tabla 42. Datos del talud y material para el análisis cinemático ............................................. 92

Tabla 43. Parámetros de análisis en roturar planar ................................................................. 93

Tabla 44. Parámetros de análisis en rotura por vuelco ........................................................... 94

Tabla 45. Resumen del análisis cinemático para el talud 35+200 ........................................... 95

Tabla 46. Categorización de tamaño del bloque de acuerdo al índice Jv ................................ 97

Tabla 47. Categorización del tipo de bloque de matriz rocosa ............................................... 97

Tabla 48. Categorización de la calidad de la roca .................................................................. 97

Tabla 49. Resumen de las propiedades de las familias de discontinuidades ........................... 98

Tabla 50. Categorización del macizo rocoso según GSI ....................................................... 101

Tabla 51. Recopilación de datos bibliográficos de peso específico de lutitas y limolitas .... 103

Tabla 52. Resumen de la resistencia a la compresión simple obtenida para cada litología ... 103

Tabla 53. Resumen de resistencia a la compresión simple para cada discontinuidad (JCS) . 104

Tabla 54. Datos de entrada al software para el caso de matriz rocosa empleando el Criterio

Generalizado de Hoek & Brown (2006) ................................................................................ 104

Tabla 55. Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción de la matriz rocosa

y discontinuidad .................................................................................................................... 105

Tabla 56. Datos de entrada al software para el caso de discontinuidad empleando el Criterio de

Barton-Bandis ........................................................................................................................ 105

Tabla 57. Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción para las

discontinuidades ..................................................................................................................... 106

Tabla 58. Resumen de propiedades de la matriz rocosa y discontinuidades en el macizo rocoso

del talud 20+00 ...................................................................................................................... 106

Tabla 59. Resultados de la sísmica de refracción .................................................................. 107

Tabla 60. Resumen de resistencia a la compresión simple para la matriz rocosa ................. 110

Tabla 61. Resumen de resistencia a la compresión simple para cada discontinuidad (JCS) . 111

Tabla 62. Datos de entrada al software para el caso de matriz rocosa empleando el Criterio

Generalizado de Hoek & Brown (2006) ................................................................................ 111

xvii

Tabla 63. Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción de la matriz rocosa

(RL) ........................................................................................................................................ 112

Tabla 64. Datos de entrada al software para familias de discontinuidades empleando el Criterio

de Barton-Bandis ................................................................................................................... 112

Tabla 65. Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción para cada familia

................................................................................................................................................ 112

Tabla 66. Resumen de propiedades de la matriz rocosa y discontinuidades en el macizo rocoso

y del suelo del talud 35+200 .................................................................................................. 113

Tabla 67. Determinación del factor Z de acuerdo a la zona sísmica del área de estudio ...... 114

Tabla 68. Determinación de los perfiles de suelo para los taludes de las abscisas 20+00 y

35+200 Determinación del factor Fa ..................................................................................... 116

Tabla 69. Determinación del factor Fa ................................................................................. 117

Tabla 70. Cálculo de la aceleración sísmica horizontal y vertical para los taludes en estudio

................................................................................................................................................ 117

Tabla 71. Datos de entrada del material para el análisis por software ................................... 119

Tabla 72. Factores de seguridad calculados en condiciones estáticas y pseudoestáticas para el

talud de la abscisa 20+00 ....................................................................................................... 119

Tabla 73. Datos de entrada del material para el análisis por software ................................... 122

Tabla 74. Factores de seguridad calculados en condiciones estáticas y pseudoestáticas para el

talud de la abscisa 35+200 ..................................................................................................... 122

Tabla 75. Valores empíricos de coeficiente de escorrentía (C) ............................................ 132

Tabla 76. Resumen de datos de entrada para el cálculo de caudal de diseño ........................ 133

Tabla 77. Parámetros considerados para el diseño de la cuneta de coronación ..................... 134

Tabla 78. Pendientes típicas para taludes ............................................................................. 138

Tabla 79. Ángulo y altura de banco para el diseño ............................................................... 138

Tabla 80. Factores de seguridad post diseño calculados en condiciones estáticas y

pseudoestáticas ....................................................................................................................... 143

Tabla 81. Parámetros de entrada de los pernos de anclaje para el análisis de equilibrio límite

................................................................................................................................................ 145

Tabla 82. Factores de seguridad calculados en condiciones estáticas y pseudoestáticas ...... 146

Tabla 83. Parámetros de diseño de anclajes........................................................................... 148

Tabla 84. Valores empíricos de coeficiente de escorrentía (C) ............................................ 150

Tabla 85. Resumen de datos de entrada para el cálculo de caudal de diseño ........................ 151

Tabla 86. Parámetros considerados para el diseño de la cuneta de coronación ..................... 152

Tabla 87. Parámetros de diseño de los drenes californianos ................................................. 154

Tabla 88. Equipo e instrumentación para auscultación ........................................................ 161

Tabla 89. Parámetros de los mojones .................................................................................... 162

Tabla 90. Ubicación de los mojones y puntos de observación en el talud 20+00 ................. 163

xviii

Tabla 91. Ubicación de los mojones y puntos de observación en el talud 35+200 ............... 164

Tabla 92. Maquinaría disponible de la empresa .................................................................... 166

Tabla 93. Cálculo del rendimiento de la maquinaría ............................................................. 166

Tabla 94. Tiempo estimado de remoción de material ........................................................... 168

Tabla 95. Personal requerido para la ejecución del proyecto y parámetros económicos ...... 168

Tabla 96. Costo unitario para el saneo .................................................................................. 172

Tabla 97. Costo unitario para extracción del material .......................................................... 173

Tabla 98. Dosificación de materiales de acuerdo a la resistencia del hormigón .................. 174

Tabla 99. Cálculo de volumen de obras de drenaje ............................................................... 174

Tabla 100. Cálculo de cantidad de materiales para la ejecución de obras de drenaje ........... 175

Tabla 101. Costos estimados para ejecución de obras de drenaje ......................................... 176

Tabla 102. Áreas para colocación de geotextil ...................................................................... 177

Tabla 103. Costos estimados para colocación de geotextil e hidrosiembra ........................... 177

Tabla 104. Cálculo de cantidad en metros de drenes californianos ....................................... 178

Tabla 105. Costos estimados para instalación de drenes californianos ................................. 178

Tabla 106. Costos estimados para la colocación de malla de triple torción .......................... 179

Tabla 107. Costos estimados para la colocación de puntos de auscultación ......................... 179

Tabla 108. Costo total de actividades por cada talud ............................................................. 180

xix

ÍNDICE DE ANEXOS

Pág.

Anexo 1. Determinación del SMR para el talud de la abscisa 20+00................................... 191

Anexo2. Determinación de la resistencia a la compresión para matriz rocosa en el talud de la

abscisa 20+00 mediante el martillo Schmidt ......................................................................... 196

Anexo 3. Determinación de la resistencia a la compresión para discontinuidades en el talud de

la abscisa 20+00 mediante el martillo Schmidt ..................................................................... 205

Anexo 4. Determinación de la resistencia a la compresión para matriz rocosa en el talud de la

abscisa 35+200 mediante el martillo Schmidt ....................................................................... 210

Anexo 5. Determinación de la resistencia a la compresión para discontinuidades en el talud de

la abscisa 35+200 mediante el martillo Schmidt ................................................................... 215

Anexo 6. Parámetros técnicos de la excavadora ................................................................... 220

Anexo 7. Parámetros técnicos de la volqueta Hino FM8JL7D-XG3..................................... 221

Anexos 8. Parámetros técnicos de la retroexcavadora Jhon Deere 310L .............................. 222

Anexo 9. Parámetros de diseño de pernos de anclaje ............................................................ 223

Anexo 10. Parámetros de la malla de triple torción (DEACERO) ....................................... 224

Anexo 11. Parámetros de la geomalla C350 Vmax ............................................................... 225

Anexo 12. Mapa Geológico-Geotécnico del talud de la abscisa 20+00 ................................ 226

Anexo 13. Mapa Geológico-Geotécnico del talud de la abscisa 35+00 ................................ 226

Anexo 14. Plano de diseño de estabilidad en el talud de la abscisa 20+00 .......................... 226

Anexo 15. Plano de diseño de estabilidad en el talud de la abscisa 35+200 ......................... 226

Anexo 16. Plano de distribución de puntos de auscultación en el talud 20+00 ..................... 226

Anexo 17. Plano de distribución de puntos de auscultación en el talud 35+200 ................... 226

xx

ABREVIATURAS Y SIGLAS

MTOP Ministerio de Transporte y obras Públicas

INAMHI Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología

NEC Norma Ecuatoriana de Construcción

IGM Instituto Geográfico Militar

SNI Sistema Nacional de Información

GSI Índice de Resistencia Geológica

RMR Rock Mass Rating

SMR Slop Mass Rating

RQD Rock Quality Designation

IGME Instituto Geológico Minero de España

RAM Roca altamente meteorizada

RMF Roca meteorizada y fracturada

RLM Roca ligeramente meteorizada

SS Suelo saprolítico

SR Suelo residual

ISRM Internationtal Society of Rock Mechanics

SUCS Sistema Unificado de Clasificación de Suelos

xxi

TEMA: Diseño de estabilidad de zonas susceptibles a movimientos en masa en las

abscisas 20+00 y 35+200 de la carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La

Independencia”

Autor: David Rafael Reascos Masapanta

Tutor: Ing. César Silvio Bayas Vallejo

RESUMEN

A lo largo de la carretera Mitad del Mundo-Calacalí-La Independencia es común

observar material desprendiéndose de los taludes en distintas proporciones, atendiendo a esto

los técnicos de la empresa Hidroequinoccio E.P., encargada de la ampliación y mantenimiento

de la misma han determinado que en los taludes de las abscisas 20+00 y 35+200 existe

particular riesgo de movimientos en masa y se ha decidido realizar el correspondiente estudio

geológico geotécnico.

El presente trabajo de titulación tiene como finalidad realizar la caracterización y

calificación de los taludes en cuestión mediante levantamiento de estaciones geomecánicas con

los correspondientes ensayos de laboratorio y campo para su posterior procesamiento mediante

el empleo de software especializado, concluyendo con una propuesta de diseño de

estabilización de taludes de manera viable y a largo plazo tomando en cuenta todos los factores

condicionantes y desencadenantes presentes , de acuerdo a lo establecido en Norma

Ecuatoriana de Construcción (NEC, 2018), con el objetivo fundamental de garantizar seguridad

en la vía mencionada.

PALABRAS CLAVE: TALUD, MOVIMIENTOS EN MASA, CARACTERIZACIÓN,

DISEÑO DE ESTABILIZACIÓN, SEGURIDAD

xxii

TITLE: Design of stability of susceptible zones to movements in mass in the abscies 20 + 00

and 35 + 200 of the road" Mitad del Mundo – Calacalí - La Independencia”

Author: David Rafael Reascos Masapanta

Tutor: Ing. César Silvio Bayas Vallejo

ABSTRACT

Along the Mitad del Mundo-Calacalí-La Independencia highway, it is common to

observe material detaching from the slopes in different proportions, in response to this the

technicians of Hidroequinoccio E.P., company responsible for the expansion and maintenance

of the same have determined that in the slopes of the abscissas 20 + 00 and 35 + 200 there is a

particular risk of mass movements and it has been decided to carry out the corresponding

geotechnical geological study.

The purpose of this qualification work is to characterize and qualify the slopes in

question by surveying geomechanical stations with the corresponding laboratory and field tests

for further processing by using specialized software, concluding with a stabilization design

proposal of slopes in a viable and long-term way taking into account all the conditioning and

triggering factors present and in accordance with the provisions of the Ecuadorian Construction

Standard (NEC, 2018)with the fundamental objective of guaranteeing safety in the

aforementioned road.

I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original

document in Spanish.

------------------------------------------- Ing. Danny Santiago Burbano Morilllo

Certified Translator

ID: 0401235833

SLOPE, MASS MOVEMENTS, CHARACTERIZATION, STABILIZATION DESIGN, SAFETY

KEYWORDS :

xxiii

INTRODUCCIÓN

En el desarrollo de proyectos viales un parámetro de vital importancia es la estabilidad

de taludes, por este motivo el diseño de los mismos debe estar sujeto a la Normativa

Ecuatoriana de Construcción (NEC), tomando en cuenta todos los factores (desencadenantes y

condicionantes) que podrían generar inestabilidad, con el fin de evitar el colapso en el tránsito

de vehículos, daño a las construcciones en las zonas de influencia y primordialmente procurar

la seguridad de las personas.

Al ser la carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La Independencia” de gran importancia

por comunicar a Pichincha con Santo Domingo, existe un importante flujo diario de vehículos

(de acuerdo al MTOP de 22 000 vehículos al día), siendo necesario garantizar la seguridad de

quienes transitan por la misma mediante un adecuado diseño de taludes.

Los técnicos de la empresa Hidroequinoccio E.P., encargada de la construcción y

mantenimiento de la carretera identificaron dos taludes que marcan potencial riesgo en las

abscisas: 20+00 y 35+200, que requieren un estudio geológico y geotécnico detallado, el cual

será desarrollado en el presente trabajo de titulación para ofrecer una propuesta de diseño de

estabilidad, con especificaciones de materiales que ayuden a la estabilidad de los mismos en

caso de requerirlos y medidas de auscultación posterior al diseño, como una alternativa de

solución a los posibles fenómenos de movimientos en masa de manera viable y a largo plazo.

1

CAPÍTULO I

1. ANTECEDENTES

1.1 Estudios previos.

La CONSULTORA LEÓN Y GODOY en el año 2018 realizó un el diagnóstico de sitios

críticos que marcan inestabilidad a lo largo de la carretera Mitad del Mundo-Calacalí-La

Independencia, diez de los cuales fueron aprobados por la MTOP para el correspondiente

estudio a detalle, diseño y ejecución de estabilización. En dicho informe se manifiesta

la investigación geológica- geotécnica que se ha efectuado con los respectivos ensayos

de campo y laboratorio para caracterización de los taludes, proponiendo medidas de

mitigación.

Dicha consultora fue contratada por HIDROEQUINOCCIO E.P., empresa encargada del

proyecto de rectificación, mejoramiento y ampliación de la carretera en cuestión.

En el PLAN DE DESARROLLO Y ORDENAMIENTO TERRITORIAL DE LAS

PARROQUIAS CALACALI y NANEGALITO 2015-2019 se manifiesta información

útil para comprender el contexto geológico, ambiental, económico y social de la zona de

estudio con la presentación de mapas temáticos, donde también se menciona el particular

riesgo que existe de desastres naturales relacionados a los movimientos en masa por las

condiciones geológicas y de sismicidad presentes.

Se dispone de información recopilada en base a hojas topográficas y geológicas de

Calacalí, Nanegalito, Nono (a escala 1:25 000), Pacto (escala 1:50 000) y de archivos

de tipo shape (.shp) de libre acceso a partir del geoportal del IGM y del SNI. Adicional

2

a esto se cuenta con el registro histórico meteorológico de la INAMHI y sismológico del

IGPN.

Para el desarrollo de la fase preliminar del presente estudio se cuenta con información

digital de tipo topográfica a detalle de los trabajos prexistentes realizados en los diez

puntos críticos de la carretera, proporcionados por la empresa Hidroequinoccio E.P. para

el desarrollo del estudio en cuestión.

1.2. Justificación.

En el diseño de proyectos mineros un parámetro importante es la estabilidad de los

taludes, especialmente en minería a cielo abierto, cuyas técnicas y conocimientos son

aplicables a otras ramas como proyectos civiles relacionados a construcción vial en los

cuales se debe garantizar la seguridad a largo plazo.

Dada la problemática existente en la carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La

Independencia” referente a la estabilidad de los taludes pues en el pasado se ha suscitado

deslizamientos del material en diferentes proporciones causando pérdidas de tipo económico

y riesgo a las vidas humanas, especialmente en épocas de invierno donde el agua juega un

papel importante como agente desestabilizador, de igual manera las condiciones geológicas

y sísmicas de la zona favorecen al desarrollo de estos fenómenos, creando la necesidad de

obtener un factor de seguridad aceptable mediante un diseño adecuado, que abarque todos

estos parámetros de manera viable.

El presente trabajo de titulación tiene como finalidad realizar la caracterización y

valorización de los taludes en las abscisas 20+00 y 35+200 de la carretera “Mitad del Mundo

- Calacalí - la Independencia” para proponer un diseño de estabilización que permita

controlar cualquier tipo de deslizamiento de material susceptible a desarrollar un

3

movimiento en masa, manteniendo la seguridad en la vía a largo plazo, precautelando

principalmente la vida humana, el tránsito vehicular y la infraestructura cercana.

1.3. Beneficiarios Directos e Indirectos

1.3.1 Beneficiarios Directos.

La Comunidad.

La aplicación del presente trabajo de titulación beneficiará a los habitantes de las zonas

de influencia: Mitad del Mundo, Calacalí, La Independencia, garantizando su seguridad y la de

la infraestructura cercana, en general a cualquier persona que transite por dicha carretera.

La Empresa.

A la empresa Hidroequinoccio E.P. como una alternativa viable y a largo plazo de

diseño de estabilización en los taludes en cuestión sustentada en la información suministrada y

levantada por el tesista, analizada mediante softwares especializados actuales.

El estudiante.

Se permitirá poner en práctica los conocimientos obtenidos por el estudiante en su vida

universitaria para aporte de la comunidad y así obtener el título de Ingeniero de Minas

proporcionándole también mayor experiencia en temas de la especialidad de Geotecnia.

1.3.1 Beneficiarios Indirectos.

A la academia, que tendrá el libre acceso al presente trabajo para consulta y referencia

en proyectos relacionados con estabilidad de taludes en obras civiles.

A la Carrera de Ingeniería en Minas pues con el desarrollo del presente trabajo el

estudiante aplica los conocimientos adquiridos en otras ramas como son los proyectos civiles

demostrando que los fundamentos impartidos en la carrera son de amplia aplicación.

4

1.4. Relevancia.

Con el desarrollo del trabajo de titulación se permitirá estudiar y caracterizar al macizo

rocoso en los sitios críticos de las abscisas 20+00 y 35+200 de la carretera en cuestión,

considerando todos los factores (condicionantes y desencadenantes) en cada caso, información

útil que mediante un diseño de estabilización será una propuesta viable en la ejecución del

proyecto “Ampliación de la Carretera Mitad del Mundo - Calacalí - La Independencia” en la

fase de “Estabilización de Taludes”, el desarrollo de este trabajo es de gran impacto social por

favorecer a todos los ecuatorianos.

1.5 Aportes.

Proporcionar a la empresa Hidroequinoccio E.P. el “Diseño de estabilidad de taludes

en las abscisas 20+00 y 35+200” como una alternativa de solución al problema de

susceptibilidad a movimientos en masa de manera técnica, viable y a largo plazo.

La aplicación del presente estudio permitirá garantizar el tránsito en la carretera “Mitad

del Mundo-Calacalí-La Independencia” en cualquier época del año, la seguridad de los

transeúntes e infraestructura cercana.

Adicionalmente, el presente trabajo significará una fuente de consulta para futuros

estudios en dicha zona, y en general a la comunidad académica interesada.

1.6 Recursos.

Para el desarrollo del presente trabajo de titulación se dispone de los siguientes

recursos:

Recursos Humanos: el estudiante con sus capacidades y conocimientos adquiridos a

lo largo de su vida académica. Se cuenta con el apoyo de los técnicos de empresa

Hidroequinoccio E.P. y supervisión de los docentes de la Carrera de Ingeniería en

Minas de la Universidad Central del Ecuador.

5

Recursos Bibliográficos: Se cuenta con una amplia recopilación de bibliografía

relacionada al estudio de taludes como: libros, manuales, catálogos, tesis, que servirán

como base para la caracterización de los mismos y diseño de acuerdo a la Norma

Ecuatoriana de Construcción (NEC 2018).

Recursos Económicos: El estudio de los sitios críticos mediante estaciones

geomecánicas y la logística que involucre esta actividad será costeada por el estudiante,

incluyendo los ensayos de laboratorio de considerarse.

Recurso Tecnológico: Se dispone de softwares especializados para el análisis y

procesamiento de los datos levantados en el campo, para el posterior diseño y

simulación bajo los escenarios posibles.

6

CAPÍTULO II

2. MARCO LÓGICO DEL PROYECTO

2.1 Planteamiento del problema.

En la carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La Independencia” por las condiciones

geológicas, hidrogeológicas y el factor antrópico existen puntos que marcan particular riesgo

de movimientos en masa, especialmente en la temporada invernal, teniendo como antecedente

varios sucesos de esta naturaleza que han involucrado la obstaculización en el tránsito

vehicular, pérdidas económicas y riesgo a vidas humanas, no solo a las personas del área de

influencia sino en general a quienes transitan por la misma, el último de ellos suscitado en

mayo del 2019; donde se dio lugar al deslizamiento de material en 3 puntos de la vía (El

Comercio, 2019), sin embargo a diario es común observar pequeños desprendimientos de

material en la calzada.

2.2 Formulación del proyecto.

El presente proyecto integrador frente a la problemática existente plantea realizar el

diseño de estabilidad de estos sitios críticos con el fin de proporcionar seguridad a lo largo de

la carretera, cuya aplicación sea factible a largo plazo.

El desarrollo del trabajo de titulación es viable pues el tesista levantará información

geológica-geotécnica que sustentará con en ensayos in-situ y de laboratorio de ser posible, para

la caracterización geomecánica de los taludes, permitiendo que el diseño de estabilidad se

ajuste a la realidad de las condiciones de cada sitio, teniendo en cuenta factores condicionantes

y desencadenantes que influyen en los puntos críticos de las abscisas 20+00, y 35+200 de dicha

carretera, el desarrollo del mismo se realizará en el tiempo establecido.

El Proyecto “DISEÑO DE ESTABILIDAD DE ZONAS SUSCEPTIBLES A

MOVIMIENTOS EN MASA EN LAS ABSCISAS 20+00 Y 35+200 DE LA CARRETERA

“MITAD DEL MUNDO-CALACALÍ-LA INDEPENDENCIA” conlleva un alto impacto

7

social y económico para la provincia de Pichincha, lugar donde se desarrollará el proyecto, en

el tramo que va desde la Mitad del Mundo hasta el Puente Río Blanco, en beneficio de quienes

habiten o transiten por la misma.

2.3 Variables.

Tabla 1

Variables dependientes e independientes del proyecto.

VARIABLES

DEPENDIENTES

VARIABLES

INDEPENDIENTES

Topografía Relieve

Pendientes

Geoubicación

Geología Estructuras

Contactos litológicos

Unidades geológicas

Meteorización

Erosión

Geotecnia Propiedades geomecánicas del

material

Clasificaciones geomecánicas

Hidrogeología

Geología

Factor de seguridad Geometría del talud

Sismicidad

Propiedades geomecánicas del

material

Presión de poros

Diseño de estabilidad Factor de seguridad

Geometría del talud

Superficie de falla

Drenaje

Elementos de sostenimiento

Análisis Cinemático

Costo del proyecto Maquinaria

Rendimiento de la maquinaria

Dimensión de la obra

Proveedores

Dimensión de la obra

Auscultación Superficie crítica

Funcionalidad

Costo

8

2.4 Objetivos.

2.4.1 Objetivo general.

Realizar el diseño de estabilidad de los taludes en las abscisas 20+00 y 35+200 de la

vía “Mitad del Mundo, Calacalí, La Independencia” como una propuesta para

garantizar la seguridad en la misma a largo plazo.

2.4.2 Objetivos específicos.

Realizar un levantamiento geológico y geotécnico en los puntos críticos de las

abscisas 20+00 y 35+200 de la vía en cuestión.

Categorizar al macizo rocoso en base a las clasificaciones geomecánicas: RMR

(Bieniawski, 1989), SMR (Romana, 1997), GSI (Marinos y Hoek, 2000).

Determinar las propiedades geomecánicas de los materiales que conforman los

sitios críticos.

Analizar los tipos de posibles fallos en los taludes de acuerdo a las condiciones que

se presentan en cada uno.

Determinar qué factores condicionantes y desencadenantes son los que marcan

mayor inestabilidad en los sitios críticos.

Calcular el factor de seguridad de los taludes mediante el empleo de software

especializado tomando en cuenta todos los parámetros propios de cada punto crítico.

Proponer medidas de auscultación en los taludes para el control de estabilidad

posterior al diseño.

2.5 Factibilidad.

El desarrollo del presente estudio es factible pues el tesista tiene el aval de la empresa

Hidroequinoccio E.P. para poder realizar el estudio correspondiente mediante el libre acceso

a los sitios críticos en cuestión, el acceso a la información de estudios anteriormente

realizados, y a las instalaciones de la misma.

9

El tesista cuenta con el apoyo y asesoría del técnico encargado de la parte geotécnica

en la empresa, y del grupo de docentes designados para revisores y tutor, como garantía del

correcto desarrollo del presente estudio.

Desde el punto de vista económico es factible el desarrollo del estudio pues los gastos

por parte del autor son relativamente pequeños.

2.6 Acceso a la información.

La empresa Hidroequinoccio E.P. facilitó al autor información del estudio realizado por

la Consultora León y Godoy en el año 2018 y concedió el permiso correspondiente para el

desarrollo del estudio mencionado mediante el libre acceso a los sitios críticos brindándole al

autor todas las facilidades correspondientes. Adicionalmente se contó con una recopilación

importante de información bibliográfica que abarca libros, manuales, tesis, hojas topográficas,

geológicas, y softwares para el procesamiento, análisis y diseño de estabilización.

10

CAPÍTULO III

3. MARCO METODOLÓGICO

3.1 Tipo de estudio.

El desarrollo del presente trabajo de titulación abarca varios tipos de estudio y métodos

debido a la naturaleza de información a levantar, a fin de obtener el resultado planteado en los

objetivos.

3.1.1 Estudios descriptivos.

Se aplicará este tipo de estudio debido a que el autor realizará un estudio geológico-

geotécnico de los taludes en los sitios críticos mediante levantamiento de estaciones

geomecánicas, permitiéndose identificar y valorar las propiedades de los materiales, los

factores condicionantes y desencadenantes que marcan inestabilidad en dichos lugares como

variables de estudio.

3.1.2 Estudios correlacionales.

Para el desarrollo del presente trabajo de titulación la empresa Hidroequinoccio E.P.

facilitó al tesista información de tipo geológica y geotécnica de un estudio previo realizado por

la Consultora León y Godoy (2018) de diez sitios críticos a lo largo de toda la carretera,

incluyendo planos y archivos digitales, información que se correlacionará como referencia para

el nuevo estudio de los sitios críticos en las abscisas 20+00 y 35+200 del presente trabajo de

titulación.

3.1.3 Estudios semicuantitativos.

La información recopilada requerirá un estudio semicuantitativo por emplear

formulismos matemáticos en el cálculo de los distintos parámetros que se requieren para

valorar al macizo rocoso y para el diseño de estabilidad, la interpretación del autor tendrá un

carácter subjetivo debido a la naturaleza de la información geológica en el levantamiento y

11

valoración de los taludes, el análisis y diseño se realizará cumpliendo con la Normativa

Ecuatoriana de Construcción (NEC, 2018).

3.2 Universo.

El universo del presente estudio constituye los dos taludes en los sitios críticos que se

encuentran en las abscisas 20+00 y 35+200 de la Carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La

Independencia”, que forman parte un grupo de once sitios críticos establecidos por la empresa

Hidroequinoccio E.P. a lo largo de la misma.

3.3 Muestra.

Constituye la porción representativa de material sea roca o suelo, que se identificará y

analizará in situ para posteriormente ser enviada al laboratorio de ser posible, con el fin de

realizar la caracterización de la misma y cuantificación de sus propiedades, y a nivel macro en

los sitios críticos respectivos.

3.4 Técnica.

El desarrollo del presente estudio consta de dos partes fundamentales: el trabajo de

campo y el trabajo de gabinete e involucra las siguientes técnicas:

Recopilación de información de trabajos preexistentes en la zona de estudio,

información de tipo bibliográfica e información que abarque los aspectos geológicos,

geotécnicos y fisiográficos de la misma, cuyo resultado será la realización como

soporte, cartografía temática preliminar a escala conveniente.

Campo: Levantamiento de estaciones geomecánicas para la caracterización de los

sitios críticos, descripción geológica (estratigrafía), topografía, muestreo (roca y suelo),

ensayos in situ (esclerómetro).

Laboratorio: Ejecución de ensayos triaxial, clasificación granulométrica, etc.

Análisis y procesamiento de la información.

Compilación de los resultados e interpretación.

Diseño de estabilidad y propuesta de auscultación.

12

3.5 Metodología.

Figura 1. Diagrama de flujo de metodología a emplearse en la investigación.

13

3.5.1 Investigación Preliminar.

Previo al trabajo de campo se realizó una recopilación de información preliminar de

diversas fuentes incluyendo:

Hojas geológicas y topográficas (a escala 1:25 000, 1:50 000).

Bibliografía como sustento para el fundamento teórico del estudio de los taludes y

diseño de estabilidad. Además, se dispuso del estudio Geológico-Geotécnico realizado

por la Consultora León y Godoy (2018) en diez sitios críticos en la misma carretera.

Se consultó en las bases de información hidrometereológica de INAMHI sobre registros

históricos de temperaturas y precipitaciones en la zona de interés.

Para el estudio de la sismicidad se dispuso del Catálogo Histórico de Sismicidad del

Instituto Geofísico de la Politécnica Nacional.

3.5.2 Cartografía Temática.

Para caracterización y conocimiento de la zona de estudio donde se ubican los sitios

críticos en base a la información anteriormente mencionada se procedió a elaborar mapas con

diferente temática como son:

Mapas de ubicación y accesos a los respectivos sitios críticos mediante información de

libre acceso.

En base a un DEM e información geológica se procedió a realizar el mapa

geomorfológico de la zona de interés

Se realizó un mapa de isoyetas e isotermas de la zona de estudio en base a la

información histórica de estaciones meteorológicas procedente de la INAMHI,

incluyendo el mapa climático del área en cuestión.

Elaboración del mapa hidrográfico en base a información shape file de libre acceso a

escala 1:25 000

Se realizó el mapa de sismicidad en base al Catálogo de IGPN (1901-2018)

14

A escala más local se realizará los mapas geológicos de cada sitio crítico que abarque la

estratigrafía de los mismos.

3.5.3 Investigaciones de campo.

El trabajo de campo abarcó en primera instancia el reconocimiento de cada sitio crítico,

observando el estado actual de cada talud (geometría, morfología, vegetación, etc.) e

identificando los posibles factores condicionantes y desencadenantes que podrían incidir en la

inestabilidad (filtraciones, erosión, etc.), continuando con el levantamiento geológico que

permitió identificar la estratigrafía y realizar el mapeo correspondiente.

Consecuentemente se levantaron estaciones geomecánicas para obtener información

geológico-estructural con la finalidad de identificar las propiedades de la roca matriz, de las

discontinuidades y del relleno en el macizo rocoso, incluyendo también la determinación del

GSI.

Se concluye esta etapa con el ensayo in-situ del martillo Schmidt (esclerómetro) para

determinación estimada de la resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa y de las

discontinuidades presentes en el macizo rocoso, para este estudio fue necesario ejecutar dicho

ensayo en los dos sitios críticos.

3.5.4 Etapa de laboratorio.

Esta etapa hace referencia a los ensayos realizados previamente en el talud 35+200

correspondientes a la clasificación granulométrica y determinación de Límites de Atterberg

para el suelo realizado por la Consultora León y Godoy (2018).

3.5.5 Análisis y Diseño.

En esta etapa se conjuga toda la información recopilada, levantada en el campo y los

resultados del laboratorio con el fin de lograr un diseño de estabilidad aceptable y cumpliendo

con la NEC 2018, esta abarca puntos como:

15

Análisis estadístico de los datos levantados en las estaciones geomecánicas.

Cálculo del RMR, SMR.

Análisis cinemático de las discontinuidades mediante software.

Cálculo del factor de seguridad mediante software en condiciones estáticas y bajo.

condiciones pseudoestáticas en los diferentes modelos de cálculos.

Diseño de estabilidad correspondiente a cada talud.

Propuesta de auscultación.

16

CAPITULO IV

4. MARCO TEÓRICO

4.1 Ubicación de los sitios críticos.

Los sitios críticos del presente estudio se encuentran ubicados al norte de Ecuador, en

la Provincia de Pichincha, Cantón Quito. Los dos puntos corresponden a taludes ubicados en

la Carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La Independencia”, en el tramo Calacalí-Nanegalito,

el primero de ellos en la abscisa 20+00 se encuentra dentro de la Parroquia Calacalí y el otro

en la abscisa 35+200 se halla en la Parroquia Nono.

Figura 2. Mapa de ubicación de los sitios críticos.

Las coordenadas de los sitios de estudio con el Datum WGS84 –Zona 17 N en sistema

de coordenadas UTM se presentan en la Tabla 2:

17

Tabla 2

Coordenadas de los sitios críticos.

Talud Abscisa Latitud

(m)

Longitud

(m)

Elevación

(m.s.n.m.)

1 20+00 10001031,89

768473,20 2264,9

2 35+200 10003164,50 760920,32 1730,0

4.2 Vías de acceso.

Para acceder a los sitios críticos en vehículo partiendo desde “El Condado” se toma la

autopista Manuel Córdova Galarza aproximadamente por 45 minutos pasando por Pomasqui,

La Mitad del Mundo y San Antonio hasta llegar a la bifurcación de esta en la vía Juan José

Flores y la vía Calacalí-La Independencia, tomando esta última aproximadamente 30 minutos

se encuentra el primer punto de estudio (abscisa 20+00) y a 30 min más siguiendo la misma

dirección se encuentra el segundo punto (abscisa 35+200).

Figura 3. Ruta de acceso a los sitios críticos.

18

4.3 Rasgos Fisiográficos.

4.3.1 Relieve.

La zona de interés, ubicada en la Cordillera Occidental presenta elevaciones que varían

de 1145 m.s.n.m. hasta 3565 m.s.n.m. (Fig. 4), cuya morfología es heterogénea y abarca zonas

planas hasta zonas con pendientes fuertes, que van desde el 2% hasta más de 40%.

Figura 4. Mapa de Relieve de la Zona de Estudio.

Figura 5. Mapa de Pendientes de la Zona de Estudio.

Carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La Independencia”


19

4.3.2 Hidrografía.

El área de estudio se encuentra dentro del sistema hidrográfico del río Guayllabamba

que tiene una dirección de flujo de este a oeste, y pertenece a la gran cuenca hidrográfica del

Río Esmeraldas (INAMHI-CNRH, 2007). El patrón de drenaje de los ríos dentro de las

parroquias de Calacalí, Nono y Nanegalito varía entre dendrítico a subparalelo, consiste de

varias quebradas que presentan una dirección de flujo perpendicular al drenaje principal.

Existe también un sistema hídrico amplio, conformado por importantes cauces menores

entre los que se puede mencionar: El Río Alambi, El Río Blanco, Pichán, y Mindo con sus

afluentes como el Río Tilupe, Tiniche, Tulambi, Santa Rosa, Tanache, Plauca, Ambuasí ,

Tandayapa ,San José y Canchupi.

Localmente el talud en la abscisa 20+00 se encuentra ubicado en el margen derecho del

Río Blanco, mientras existe una pequeña corriente de agua que cruza al talud en la abscisa

35+200 por su borde derecho hasta que su cauce desemboca en el margen derecho del río

Blanco, estableciéndose así un sistema dendrítico.

Figura 6. Mapa Hidrográfico de la Zona de Estudio.


20

4.3.4 Clima.

El clima en los sitios críticos de acuerdo al Mapa de Tipos de Clima de la ENAMHI

(2017) se lo puede catalogar como Subhúmedo de dos tipos Mesotérmico Templado Frío y

Megatérmico o Cálido, con temperaturas que van desde los 12°C hasta los 21 °C.

En alusión a las mediciones de la estación meteorológica San Antonio de Pichincha

(Código: M115), tomada en cuenta por su proximidad a la zona de estudio se tienen los

siguientes valores mensuales temperatura (Tabla 3):

Tabla 3

Temperaturas mensuales registradas por la estación meteorológica San Antonio de Pichincha.

Determinando una temperatura anual media de 16,2°C para la zona de estudio.

Figura 7. Mapa Climático de la Zona de Estudio.

Nota: Recuperado de IEE-MAGAP, 2013.

Carretera “Mitad del Mundo-

Calacalí-La Independencia”

21

En cuanto a la precipitación en dicha zona se tomará en cuenta las mediciones obtenidas

por la estación Calacalí (Código: M358) publicada en el Anuario Meteorológico de la

ENAMHI 2013 (Tabla 4):

Tabla 4

Precipitaciones mensuales registradas por la estación meteorológica Calacalí.

Nota: Recuperado de IEE-MAGAP, 2013

Teniendo una pluviosidad máxima de 141,1mm correspondiente al mes de marzo y una

mínima de 12,8 mm correspondiente al mes de agosto, concluyendo que existen dos periodos:

la temporada de lluvias que abarca a los meses de septiembre hasta mayo y la temporada seca

que incluye a los meses de junio a agosto (PDOTPC, 2015).

S

N

O E

Figura 8. Mapa de Isotermas en base a temperaturas medias anuales en la Zona de Estudio, fuente:

(INAHMI) 1981-2010.


22

4.3.5 Vegetación.

El tipo de vegetación que predomina en la zona de estudio es de tipo arbórea húmeda

que abarca un área aproximada de 57 𝑘𝑚2 , seguida de la vegetación de tipo arbustiva húmeda

con una extensión aproximada de 36 𝑘𝑚2. (PDOTPC, 2015)

En los sitios críticos la vegetación no supera los 2m de altura, es de tipo arbustiva, no

se aprecia plantas del tipo conífera, pero si del tipo vascular como helechos.

Figura 9. Mapa de Isoyetas de la Zona de Estudio en base a precipitaciones medias anuales, fuente:

(INHAMI) 1981-2010.

Figura 10. Vegetación en la zona de estudio.


23

4.4 Contexto Geológico Regional.

El área de estudio se encuentra ubicada en la zona oriental de la Cordillera Occidental,

siendo esta una cadena montañosa con dirección N-S, cuyo basamento de acuerdo a Hughes

(2002) está constituido por la Unidad Pallatanga que abarca rocas ígneas y turbiditas

correspondiente al Cretácico Temprano- Tardío, y la Unidad Macuchi conformado por

secuencias de tipo volcanosedimentarias relacionadas a un arco de isla del Paleoceno Tardío-

Eoceno.

Por su parte Vallejo (2009) menciona que el basamento corresponde a la Unidad San

Juan y a la Formación Pallatanga, que consta de rocas de composición máfica y ultramáfica

cuya afinidad geoquímica es predominantemente toleítica, que corresponde a plateau oceánico,

y posiblemente formó parte del Plateu Oceánico del Caribe y Colombia por sus coincidencias

genéticas. A consecuencia de la subducción bajo el plateu, se origina el Grupo Río Cala

constituido por rocas de tipo volcanoclásticas y volcánicas.

Todo el conjunto de plateu oceánico y arco de isla se desplazó hacia el oriente

colisionando con Sudamérica en el Campaniano, y se genera la obstrucción de la zona de

subducción que finaliza con la actividad volcánica de arco de isla. La sedimentación clástica

como aporte del margen continental posiblemente de la Cordillera Real da lugar a la Formación

Yunguilla en el Campaniano Tardío al Maastrichtiano. A este evento le sucede la formación de

arco volcánico Silante debido a la actividad volcánica en el margen activo generada tras

acrecionarse el plateu oceánico en el periodo Paleoceno-Eoceno.

De acuerdo a Boland (2000), en el Oligoceno-Holoceno se depositaron secuencias

volcánicas y volcanoclásticas correspondientes a la Unidad San Juan de Lachas, Unidad

Tortugo, Unidad Zapallo, Formación Chota.

El proyecto vial Mitad del Mundo-Calacalí-La Independencia se halla ubicado en una

zona con predominancia de rocas sedimentarias y menor parte rocas volcánicas, con edades

24

que van desde el cretácico hasta el cuaternario, es clara la incidencia de los volcanes Pululahua

y Pichincha en la morfología de la zona.

Las siguientes formaciones geológicas, se encuentran directamente relacionadas a la

zona del trazado vial mencionado donde se ubican los sitios críticos estudiados:

Unidad Pallatanga (KPA)

De acuerdo a McCourt (1997) se trata de una secuencia de afinidad oceánica que abarca

rocas ultramáficas y máficas que se presentan en forma de lajas tectónicas en el costado oriente

de la Cordillera Occidental. Está unidad abarca basaltos, tobas, lutitas rojas, microgabros,

areniscas volcánicas. Relacionadas a la zona de interés esta unidad se encuentra en contacto de

tipo fallado con la Unidad Yunguilla, fuertemente tectonizada.

Figura 11. Geología Regional

Fuente: Mapa Geológico de la Cordillera Occidental del Ecuador entre 0° – 1°, Escala 1: 200 000

(1993).


25

Unidad Pilatón (KPI)

Aflora en el río Guayllabamba, entre la Carolina y el Tercer Paso, extensamente en el

camino Pacto-Aloag, y localmente en la zona de influencia del proyecto vial aflora al norte de

Nanegalito. De acuerdo a Hughes y Bermúdez (1997) limita al este con la Unidad Silante en

contacto fallado hacia el sur, y hacia el norte se encuentra limitando con la Unidad Natividad,

al occidente se encuentra limitando en contacto tectónico con la Unidad Mulaute. Abarca

brechas, limolitas verdes, areniscas, conglomerados masivos, cherts en tonalidades grises y

negras (Egüez, 1986).

Unidad Natividad (KN)

Según Boland (2000) se trata de una secuencia marina de rocas predominantemente

sedimentarias, en menor cantidad de forma intercalada existe la presencia de lavas. Esta unidad

se encuentra en contacto de tipo fallado con las Unidades Río Cala y Pallatanga. Se puede

apreciar esta unidad principalmente en el Río Guayllabamba, los caminos Lita-Salinas y Selva

Alegre-Otavalo. Está conformada por lutitas, areniscas, cherts en tonalidades gris verdoso que

se presentan en estratos de potencia fina a media.

Unidad Yunguilla (KY)

Se presenta en forma de lentes en secuencia (Thalman, 1946), limitando en contacto

tectónico al este con las Unidades Pallatanga y Natividad, y al occidente con la Formación

Silante, aflora claramente en la carretera que va de Calacalí a Nanegalito. De acuerdo a

Thalman (1946) abarca areniscas en tonalidades grises y de color café por alteración, limolitas

masivas en coloraciones grises y lutitas que se encuentran ligeramente estratificadas. Su

potencia se estima de 2000 m con dirección N-NE, en base a la presencia de fósiles se ha

determinado que originó en el Maastrichtiano (Faucher,1971) en un ambiente marino de tipo

turbidítico.

Unidad Silante (EoSi)

26

Corresponde a una secuencia predominantemente continental que abarca

conglomerados, limolitas en tonalidades rojas y verdes, brechas, areniscas (Hoja Geológica de

Pacto 1:100 000), y lutitas en coloraciones púrpuras a rojas, que posiblemente se derivó de una

fuente rica en material volcánico (Boland, 2000), pertenece al Maastrichtiano Tardío –

Paleoceno (Vallejo, 2009) y se encuentra sobreyaciendo a la Unidad Yunguilla del

Maastrichtiano (DGGM, 1978). Esta aflora en una faja con sentido NE-SW cuyos límites son

al occidente por la Unidad Pilatón y al este por la por las Unidades Pallatanga, Natividad y

Yunguilla aflorando (Boland, 2000)

Formación San Tadeo (PST)

Se origina a partir de depósitos cuya fuente fue probablemente el Volcán Pichincha por

transporte eólico, fluvial y laharítico, dando lugar a la formación de planicies que abarcan

grandes áreas (Hoja Geológica Pacto, 1: 100 000), esta aflora al occidente de Puerto Quito y

en la zona de Nanegalito. Desde el fondo abarca conglomerados que han sido desplazados por

los valles hacia el occidente y el norte de acuerdo al relieve preexistente en la zona,

sobreyaciendo a estos se encuentran piroclastos y tobas, que son productos de erupciones

posteriores, además de arcillas y arenas. La meteorización regional (León y Godoy, 2018) dio

lugar a suelos residuales y caolinización, que es típico en esta formación. Se estima que su

potencia es de 500m.

Depósitos de cenizas (Qe)

De acuerdo al estudio realizado por León y Godoy (2018) a lo largo de la extensión del

proyecto vial, y sobreyaciendo a las formaciones anteriores existe la presencia de limos, cenizas

y arenas volcánicas, productos de todos los volcanes aledaños.

Las mismas que tienen una amplia extensión, pues se aprecia desde Calacalí hasta la

Independencia, a veces forma esporádica y otros en forma continua, la potencia de las mismas

va desde centímetros hasta 4 metros cerca de Nanegalito.

27

4.5 Geología Estructural

A escala regional al este la zona de interés tiene influencia estructural del Sistema de

Fallas Calacalí- Pujilí- Pallatanga, con dinámica de tipo dextral (Vallejo, 2009), constituyendo

el límite entre la Cordillera Occidental y el Valle Interandino y se compone de estructuras con

orientación NE-SO (McCourt, Duque, y Pilatasig, 1997). Al oeste del área de estudio, pasando

por Nanegal y Nanegalito, se encuentra la Zona de Falla Nanegalito, la cual según Egüez (2003)

tiene una longitud de 43,6 km, un desplazamiento al año de 1 a 5 mm y presenta dinámica

dextral.

Las principales unidades que afloran tienen dirección NE-SO, de acuerdo a Boland

(2000), se presentan en forma de franjas anchas con deformación de tipo quebradiza muy

fracturada.

A escala más local las rocas mesozoicas tienen una dirección entre N y NE, las rocas

plio-cuaternarias se presentan con una estratificación muy horizontal, por las condiciones

morfológicas se puede apreciar alineaciones de escarpas que podrían ser el resultado de fallas

recientes. (Hoja Geológica de Pacto Escala 1:50 000)

Figura 12. Geología estructural de la Zona de Estudio.

Carretera “Mitad del Mundo-Calacalí-La

Independencia”

28

4.6 Geomorfología.

El área de influencia de los sitios críticos se encuentra en las estribaciones occidentales

de la Cordillera Occidental de los Andes ecuatorianos, por tal la zona presenta diferentes

geoformas que representan distintos tipos de relieve. Mediante la combinación del mapa de

pendientes, geológico y de relieve se conocen cinco unidades geomorfológicas:

Coluvial-Abanico.

Presenta elevaciones entre los 1490-1836 m.s.n.m. Está formado por lutitas, chert y

areniscas relacionados a la Formación Pilatón, con pendientes variables de muy suaves a

medias (5-12%)

Llanura.

Llanura costera, disectada sobre arenas más o menos cementadas, limos, arcillas y

cantos, además de lahares de la Formación San Tadeo, presenta elevaciones entre 1145 a 1490

m.s.n.m. y pendientes de zonas llanas a suaves (2-5%).

Vertientes fuertes.

Relieve tipo valle con un rango de elevaciones que oscila entre 1600-2900 m.s.n.m.

Presentan una cobertura de proyecciones piroclásticas recientes, cenizas y lapilli: las

vertientes andinas septentrionales y centrales, además de capas rojas y volcanoclastos de la

Unidad Silante (1600-3000 m) con lavas andesíticas y tobas. Sus pendientes varían de medias

a fuertes (12- >40%).

Cimas de cordillera.

Construcciones de tipo estrato-volcán compuesto de proyecciones piroclásticas

dominantes, lavas basálticas, basaltos en almohadilla, lutitas de la Unidad de Pallatanga;

calizas, volcanoclastos de la Unidad Yunguilla (2000 m). Presenta elevaciones entre 2528 a

3219 m.s.n.m., sus pendientes varían entre muy suaves medianamente fuertes (5-40%).

Volcánico o Relieves interandinos.

29

Presentan vertientes inferiores (de muy planas a suaves) y relieves de fondo de las

cuencas interandinas conformada por series de rocas cuaternarias, presenta elevaciones entre

2528-2874 m.s.n.m.

4.7 Sismicidad.

En base al Catálogo Sísmico del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional

desde el año 1901 hasta septiembre del 2018 se determinó que en la zona de estudio han

ocurrido 45 sismos (Fig. 13), que se reportan desde el año 1998 hasta el año 2009 y cuyas

magnitudes van desde 3 Mw hasta 3,7 Mw con un rango de profundidades de 0,5 km hasta

136,4 km.

La mayoría de los sismos registrados en dicha zona tienen una magnitud de 3 Mw,

dentro de los cuales el más cercano a los taludes de estudio (talud 20+00) fue registrado a una

distancia de 4 km aproximadamente, este sucedió en 1998 con magnitud de 3 Mw.

Figura 13. Mapa Geomorfológico de la Zona de Estudio.


30

Figura 14. Mapa Sísmico de la Zona de Estudio.


31

CAPÍTULO V

5. MARCO CONCEPTUAL

5.1 Caracterización del macizo rocoso.

5.1.1 Estaciones geomecánicas.

Entendiéndose por estación geomecánica a un sector o punto de estudio de un

afloramiento mediante inspección visual y calificación de sus propiedades cualitativa y

cuantitativamente para la caracterización geomecánica de dicha zona y de los materiales que

conforman al macizo rocoso.(Jorda, Rodríguez, y Abellan, 2016)

Es recomendable considerar los parámetros de la Tabla 5.

Tabla 5

Parámetros a considerarse para la descripción del afloramiento.

Ámbito de

estudio

Característica o propiedad Método

Clasificación

Mat

riz

roco

sa

Identificación

Observaciones directas y con

lupa

Clasificación geológica y

geotécnica

Meteorización

Observaciones directas

Índices estándar

Resistencia

Índices y ensayos de

campo

Clasificaciones empíricas de

resistencia

Dis

con

tinu

idad

es

Orientación

Medida directa con brújula de

geólogo

Familias de discontinuidades,

clasificación con

estereodiagrama

Espaciado

Medidas de campo

Índices y clasificaciones

estándar

Continuidad

Rugosidad Observaciones y medidas de

campo

Comparación con perfiles

estándar

Resistencia de las paredes

Martillo Schmidt Índices de

campo

Clasificaciones empíricas de

resistencia

Abertura Observaciones y medidas de

campo

Índices estándar

Relleno

Filtración

Mac

izo

ro

coso

Número de familias de

discontinuidades

Medidas de campo Índices y clasificaciones

estándar

Tamaño de bloque

Intensidad de fracturación

Grado de meteorización Observaciones de campo Clasificaciones estándar

Fuente: Gonzáles de Vallejo, 2002.

32

Según González de Vallejo, L., Ferrer, M., Ortuño, L., Oteo, C. (2002) el

comportamiento de un macizo rocoso esta dado por las propiedades de la roca matriz, de las

discontinuidades y del relleno; el levantamiento de datos se asigna una valoración a los

distintos parámetros, de manera cualitativa y cuantitativa, estimada con la ayuda de tablas

(Fig.15) con escalas normadas del Sistema Internacional de Mecánica de Rocas para su

posterior análisis estadístico. (Ramírez y Monge, 2004)

5.1.2 Caracterización de matriz rocosa.

Gonzáles de Vallejo et al. (2002) establece que la caracterización de la matriz rocosa

abarca tres parámetros fundamentales:

Reconocimiento litológico (Identificación)

Grado de meteorización

Resistencia a la compresión simple

Figura 15. Formato para levantamiento de información en campo.

Fuente: Modificado de Gonzáles de Vallejo, 2002.

33

5.1.2.1 Reconocimiento litológico.

Involucra la descripción de la composición mineralógica de las rocas, textura, dureza,

color, distribución de los minerales para determinación del tipo de litología presente como guía

para estimación de sus propiedades geomecánicas (Ramírez y Monge, 2004).

5.1.2.2 Grado de meteorización.

La determinación de este parámetro radica en su influencia sobre las propiedades

mecánicas de los materiales debido a la acción de agentes externos como el viento, el agua,

etc., siendo un atenuante de la resistencia mecánica del mismo. (González de Vallejo et al.,

2002)

Para la determinación en el campo de estos parámetros el ISRM recomienda tomar en

cuenta los aspectos de la Tabla 6 (Ramírez y Monge, 2004):

Tabla 6

Parámetros para determinación del grado de la meteorización en la matriz rocosa.

Índice Término Descripción

M1 Fresca (sana) No se distingue meteorización en la matriz rocosa, puede existir un

ligero cambio de tonalidad sobre las superficies de las

discontinuidades principales.

M2 Ligeramente

Meteorizada

Se aprecia cambios la tonalidad inicial de la roca matriz. El material

meteorizado somero puede presentar disminución de resistencia en

comparación con su estado fresco. Se debe mencionar si el cambio de

tonalidad se relaciona específicamente a un o algunos minerales.

M3 Moderadamente

Meteorizada

El material rocoso se encuentra descompuesto en un porcentaje menor

al 50% pudiendo estar parcialmente transformado en suelo. El otro

porcentaje constituye la roca fresca a manera de esqueleto

discontinuo.

M4 Altamente

Meteorizada

La roca esta descompuesta en un porcentaje mayor al 50% y/o

transformado en suelo. Se mantiene la fábrica original, sin embargo,

por su resistencia es friable, pero los granos minerales se mantienen.

M5

Completamente

Meteorizada o

descompuesta

El material rocoso se ha transformado en suelo, los minerales pueden

estar descompuestos. Todavía puede reconocerse la estructura inicial

del macizo rocoso.

34

M6 Suelo residual El macizo rocoso en su totalidad se encuentra en estado de suelo, tanto

la fábrica del material como la estructura del macizo rocoso se

destruido.

5.1.2.3 Resistencia a la compresión simple.

Este parámetro se puede determinar in-situ en base a índices de campo o mediante

ensayos de campo en los que destacan el ensayo del martillo Schmidt o el ensayo de carga

puntual (PLT). (González de Vallejo et al., 2002)

Índices de Campo: Es una forma de estimación de la resistencia de la roca en rangos,

teniendo como consideración que se debe aplicar en rocas libres de alteración somera, los

criterios establecidos por ISRM (1981) se presentan en la Tabla 7:

Tabla 7

Categorización de la resistencia de la roca por índices de campo.

Clase Descripción Identificación de campo Aproximación de

resistencia a

compresión simple

(MPa)

R0 Roca extremadamente

blanda

Se puede marcar con la uña 0,25 – 1

R1 Roca muy blanda La roca se desmenuza al golpear

con la punta del martillo

1 – 5

R2 Roca Blanda Al golpear con la punta del martillo

se producen pequeñas marcas.

5 – 25

R3 Roca Moderadamente

dura

Puede fracturarse con un golpe de

martillo

25 – 50

R4 Roca dura Se requiere más de un golpe de

martillo para fracturarla.

50 – 100

R5 Roca muy dura Se requieren muchos golpes de

martillo para fracturarla

100 – 250

R6 Roca extremadamente

dura

Al golpearlo con el martillo solo

saltan esquirlas.

> 250

5.1.3 Caracterización de las discontinuidades.

De acuerdo a González de Vallejo et al. (2002) las discontinuidades influyen

notablemente en la resistencia del macizo rocoso pues afectan tanto a sus propiedades

deformables como hidráulicas, por tal es indispensable determinar sus condiciones para

caracterizar a un macizo rocoso.

Fuente: Modificado de Gonzáles de Vallejo (2002).

Fuente: ISRM, 1981

35

Entre las características principales de las discontinuidades que afectan a su

comportamiento mecánico se tiene (Ramírez y Monge,2004):

5.1.3.1 Espaciamiento

Se considera por espaciamiento a la longitud perpendicular que existe entre dos

discontinuidades contiguas (IGME, 1993) que pertenezcan a una misma familia (Gonzáles de

Vallejo et al., 2002)

Tabla 8

Parámetros del espaciado en discontinuidades.

5.1.3.2 Continuidad.

Denominada también persistencia, se refiere a la medida de la longitud superficial del

plano de discontinuidad, tomada según el rumbo o azimut de buzamiento y buzamiento

(González de Vallejo et al.,2002). En la Tabla 9 se presentan los parámetros de continuidad.

Figura 16. Medición del espaciamiento de las discontinuidades.

Nota: Para su determinación se puede valer de una cinta métrica, tomando la

medida en forma perpendicular entre las dos discontinuidades adyacentes.

Fuente: ISRM, 1981.

D1

D1

D1

D1

D1

a

b

D1

D1

36

Tabla 9

Parámetros y categorización de la continuidad de las estructuras.

5.1.3.3 Abertura.

Se refiere a la distancia en dirección perpendicular que existe entre las paredes de una

discontinuidad sin la presencia de relleno (Gonzáles de Vallejo et al.,2012).

Tabla 10

Parámetros de la abertura.

5.1.3.4 Rugosidad.

Fuente: ISRM, 1981.

Figura 17. a) continuidad de la estratificación b) continuidad de diaclasas.

Figura 18. Abertura de discontinuidades.

Nota: Su medición de la abertura se puede efectuar con

una regla con graduación en milímetros o mediante

láminas calibradas (IGME,1993).

Fuente: ISRM, 1981.

E1

E1

D1

37

La rugosidad tiene incidencia sobre la resistencia al corte de los planos las

discontinuidades, esta puede ser determinada en base a dos parámetros: la ondulación y la

aspereza (Ramírez y Monge, 2004)

5.1.4 Relleno.

Por relleno se entiende al material que se presenta entre los labios de la discontinuidad

(Ramírez y Monge, 2004), generalmente este material es de menor resistencia que la roca

matriz. Para la medición del espesor del mismo se tomará un espesor medio teniendo en cuenta

una medida máxima y mínima. (IGME, 1993)

5.1.5 Filtraciones.

La presencia de agua en el macizo rocoso puede tener dos procedencias: la primera

conocida como permeabilidad primaria relacionada a la matriz rocosa y la permeabilidad

secundaria que hace referencia al agua en las discontinuidades. (González de Vallejo et al.,

2002)

5.1.6 Parámetros del macizo rocoso.

5.1.6.1 Número y orientación de familias de discontinuidades.

De acuerdo a Gonzáles de Vallejo et al. (2002) el comportamiento mecánico y las

propiedades de resistencia del macizo rocoso están influenciadas directamente por las familias

de discontinuidades, parámetros como la orientación en el espacio de estas tiene incidencia

directa en la estabilidad del macizo rocoso tomando en cuenta el sentido de la obra ingenieril.

El número de las familias de discontinuidades marcan el grado de fracturamiento que

tendrá el macizo rocoso y por ende el tamaño de la roca matriz, por tal resulta importante

identificarlas y caracterizarlas para definir su importancia relativa ( Ramírez y Monge, 2004).

5.1.6.2 Rock Quality Designation (RQD).

B

38

El grado de fracturación que presenta un macizo rocoso puede ser caracterizado por el RQD

(rock quality designation) teniendo en cuenta el tamaño y la morfología del bloque (Deere, 1993),

cuyo valor permite estimar la calidad que tendrá el mismo de acuerdo a la Tabla 11:

Tabla 11

Calidad de la roca de acuerdo al RQD.

Gonzáles de Vallejo et al. (2002) menciona que el RQD no basta para caracterizar las

propiedades de la fracturación de un macizo rocoso pues no considera otros parámetros como

la separación, orientación, etc.

Para los afloramientos el índice RQD se puede determinar mediante la relación

empírica de Palmstron (1975):

A su vez Jv (joint volumétric number), número de fisuras por metro (Jorda et al., 2016)

se determina:

Jv = ∑𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎

El parámetro Jv guarda relación con el tamaño de los bloques en el macizo rocoso

(IGME, 1993), estos se encuentran categorizados en la Tabla 12:

Tabla 12

Relación del parámetro Jv con el tamaño de bloques.

RQD = 115 − 3,3 Jv Para bloques poliédricos, equidimensionales y romboédricos

RQD = 110 − 2,5 Jv Para bloques tabulares y prismáticos

Fuente: Deere, 1963.

39

5.1.7 Metodología para valoración del macizo rocoso.

5.1.7.1 Clasificaciones Geomecánicas.

La finalidad de los sistemas de clasificación geomecánica de macizos rocosos es

calificar las propiedades de los mismos en forma cuantitativa para determinar su calidad previa

a una obra ingenieril. (Ramírez y Monge, 2004)

De acuerdo a Bieniawski (2003) el empleo de las clasificaciones geomecánicas resulta

factible en las primeras etapas de un estudio sin embargo no es recomendable considerar como

único medio de evaluación del macizo rocoso para un proyecto ingenieril, y resulta necesario

cotejar el resultado por otros métodos y clasificaciones geomecánicas.

5.1.7.1.1 Clasificación RMR (Rock Mass Rating).

Propuesta por Bieniawski en 1973 de la experiencia de proyectos realizados en África

(Ramírez y Monge, 2004), esta clasificación asigna valores a los índices de calidad que

establece para los parámetros geotécnicos del macizo rocoso (González de Vallejo et al., 2002),

de acuerdo a Ramírez y Monge ( 2004) son fundamentalmente:

Las condiciones de las discontinuidades

La presencia del agua y su efecto

La resistencia a la compresión de la roca matriz

La orientación de las discontinuidades con relación a la obra ingenieril

RQD (fracturamiento del macizo rocoso)

Fuente: ISRM, 1981.

40

La influencia de estos factores en la resistencia del macizo rocoso se establece por dicho

indice RMR, en un rango de 0 a 100 puntos (Jorda et al., 2016), que se obtiene de la sumatoria

de los valores asignados a las propiedades del mismo obtenidos en el levantamiento de

estaciones mecánicas con la ayuda de formatos (Fig. 15 ), y mediante la Tabla 13.

Tabla 13

Clasificación Geomecánica de Bieniawski, 1989.

Clasificación Geomecánica RMR (Bieniawski, 1989)

Parámetros de clasificación

1 Resistencia

de la matriz

rocosa

(MPa)

Ensayo de

carga puntual

> 10 10‐4 4‐2 2‐1 Compresión

simple (MPa)

Compresión

simple

> 250 250‐100 100‐50 50‐25 25

-5

5-1 <1

Puntuación 15 12 7 4 2 1 0

2 RQD 90% ‐

100%

75% ‐ 90% 50% ‐ 75% 25% ‐ 50% < 25%

Puntuación 20 17 13 6 3

3 Separación entre diaclasas > 2 m 0.6 ‐ 2 m 0.2 ‐ 0.6 m 0.06 ‐ 0.2 m < 0.06 m


4

Est

ad

o d

e la

s d

iacl

asa

s

Continuidad < 1 m 1‐3 m 3‐10 m 10‐20 m >20 m


Abertura Nula < 0.1 mm 0.1‐1.0 mm 1‐5 mm >5 mm


Rugosidad Muy rugosa Rugosa Ligeramente rugosa

Ondulada Suave


Relleno Ninguno Duro (<5 mm)

Duro (> 5 mm)

Blando (<5 mm)

Blando (>5 mm)


Alteración Inalterada Ligeramente alterada

Moderadamente alterada

Muy alterada

Descompuesta


5 Agua freática Caudal por 10

m de túnel

Nulo < 10

litros/min

10‐25

litros/min

25‐125

litros/min

> 125 litros/min

Relación:

Presión de agua/Tensión

principal mayor

0 0.0 ‐ 0.1 0.1 ‐ 0.2 0.2 ‐ 0.5 > 0.5

Estado

general

Seco Ligeramente

húmedo

Húmedo Goteando Agua fluyendo

41


Clasificación del macizo rocoso según RMR

Clase I II III IV V

Calidad Muy buena Buena Media Mala Muy mala

Puntuación 100 ‐ 81 80 – 61 60 – 41 40 – 21 < 20

Se debe realizar un correción al valor incilamente obtenido (RMR básico), teniendo en

cuenta la orientación de la obra ingenieril respecto a las discontinuidades (IGME, 1993).

Tabla 14

Corrección por la orientación de diaclasas de acuerdo al tipo de obra ingenieril.

Tabla 15

Categorización de las discontinuidades en función del sentido de la obra ingenieril.

5.1.7.1.2 Clasificación geomecánica SMR.

Romana (1997) en base a la clasificación geomecánica RMR propuso el índice SMR

para aplicación en taludes, mediante valores de ajuste tomando en cuenta el método de

excavación (F4) y la orientación de las discontinuidades, que está en función de otros

subfactores: orientación del rumbo del talud con relación a las discontinuidades (F1), el

buzamiento de las estructuras (F2) y el valor de la diferencia del buzamiento del talud y el de

las discontinuidades (F3). (Ramírez y Monge, 2004)

Fuente: Bieniawski,1989.



42

El valor del SMR se obtiene del valor del RMR primario menos los factores de

orientación y sumado el factor de excavación. (González de Vallejo et al., 2002)

SMR = RMR + (F1 ∗ F2 ∗ F3) + F4

Donde:

F1: Este factor está en función del rumbo de las juntas con respecto al rumbo de la cara

del talud en cuanto a su paralelismo. Para este factor se toma el valor de 1 cuando los

rumbos resultan paralelos, caso contrario se toma valores de 0,15 cuando la diferencia

entre estos es mayor a 30°(Romana, 1985) . De manera empírica puede calcularse

mediante la expresión:

F1 = [1 − 𝑠𝑒𝑛 (𝛼𝑗 − 𝛼𝑠)]2

Donde

𝛼𝑗 : dirección de buzamiento de las discontinuidades

𝛼𝑠: dirección de buzamiento del talud

F2: Esta en función del buzamiento de la discontinuidad (González de Vallejo et al.,

2002), en el caso de darse una rotura de tipo plana se asigna el valor de 1 cuando las

discontinuidades tienen un buzamiento mayor a 45°, caso contrario se asigna 0,15 para

discontinuidades que presenten buzamiento menor a 20° (Romana,1985). En el caso de

que el mecanismo de fallo sea de tipo vuelco el valor asignado para F2 será 1. (Ramírez

y Monge, 2004)

Se puede determinar con la expresión:

F2 = 𝑡𝑎𝑛2(𝛽𝑗)

Donde

𝛽𝑗 : buzamiento de la discontinuidad (Romana, 1985)

F3: hace referencia a la correspondencia que existe en el buzamiento de las

discontinuidades y el buzamiento del talud, se toma en consideración los valores que

43

fueron propuestos por Bieniawski, con signo negativo siempre. (Ramírez y Monge,

2004)

F4: Correspondiente al método de excavación a realizarse en el talud, se asumen

valores empíricos (Romana, 1997). Dichos valores se presentan en la Tabla 16.

Tabla 16

Valoraciones para el factor F4.

Método de excavación F4

a. Taludes Naturales +15

b. Excavados por precorte +10

c. Excavados por técnicas de voladura

suave

+8

d. Por medio de voladuras bien

realizadas

0

e. Excavados con voladuras

defectuosas que puede generar

inestabilidad

-8

f. Excavación mecánica por ripado 0

El cálculo del SMR se lo hace para cada familia de discontinuidades o combinaciones

que tengan incidencia en el talud y se toma el menor valor manteniendo un criterio conservador

(González de Vallejo et al., 2002).

De acuerdo a la valoración del SMR se categoriza al talud en cinco clases (Tabla 17)

Tabla 17

Clasificación Geomecánica SMR

Nota. Tomado de Romana,1997.

44

5.1.7.1.3 Clasificación GSI (Índice Geológico de Resistencia).

Esta clasificación geomecánica fue desarrollada para su correspondencia con el criterio

de rotura propuesto por Hoek &Brown (1995). La determinación del GSI se ejecuta en función

a la observación del afloramiento identificando las condiciones de fracturamiento ( grado de

alteración, familias de discontinuidades, morfología de los bloques) y de la superficie del

mismo (grado de erosión, textura)(Jorda et al., 2016).

Al ser identificada la condición del macizo rocoso que más se acerque al real en la

Figura 19, se establece el rango de valores del GSI, para lo cual es recomendable tomar la

media de este, manteniendo un criterio conservador. Este índice varía en un rango de 1 a 100

(Ver Tabla 18), así un macizo rocoso con valores próximos a 100 será de muy buena calidad

con poca influencia estructural, de textura rugosa, por otra parte, un macizo rocoso con GSI

cercano a 1será de muy mala calidad con un gran control estructural, con aberturas grandes y

rellenos blandos. (IGME, 1993)

Fuente: Romana,1997.

45

Tabla 18

Categorías de macizo rocoso de acuerdo al índice GSI.

5.1.8 Tipos de rotura.

Por acción de la gravedad los materiales que conforman un talud tienen la tendencia de

desplazarse hacia niveles inferiores, lo que es comúnmente conocido como deslizamiento, y se

desarrolla a partir de una determinada superficie de rotura para el caso de macizos rocosos

(Ramírez y Monge, 2004). Esta superficie de rotura puede darse con control estructural, sin

este y de forma compleja, en función del tipo de material y las condiciones de las

discontinuidades (IGME, 1993).

Los tipos de rotura con control estructural más comunes son:

5.1.8.1 Rotura plana.

Se genera a partir de una estructura preexistente con la condición de que el rumbo de

esta debe diferir máximo en 20° respecto al rumbo del talud es decir mantener un cierto

Figura 19. Parámetros para determinar el GSI.

Fuente: Hoek, 2002.

Fuente: Hoek, 2002.

46

paralelismo, pero con un buzamiento menor a este. Al tener un buzamiento menor la estructura

deberá aflorar en el talud (Ψ>α), además el buzamiento de la misma deberá ser superior al

ángulo de fricción (α>ϕ). (González De Vallejo et al., 2002) . Se cumple: Ψ> α>ϕ.

5.1.8.2 Rotura en cuña.

Este mecanismo de rotura se da a partir de dos estructuras que se intersecan formando

una cuña, la línea de intersección de dichas estructuras debe aflorar en el talud, es decir esta

debe presentar un buzamiento inferior al talud de tal manera que la potencial cuña quede

descalzada (Ramírez y Monge, 2004).

Se cumple: Ψ> α>ϕ

5.1.8.3 Rotura por pandeo.

Se genera a partir de discontinuidades muy poco espaciadas y de gran persistencia cuyo

rumbo marque paralelismo con el rumbo del talud (Ψ=α), pero con buzamiento contrario a la

inclinación del talud y mayor al ángulo de fricción (α>ϕ)(González de Vallejo et al., 2002).

Figura 20. Esquema de rotura plana.


Figura 21. Esquema de rotura por cuña.


47

5.1.8.4 Vuelco de estratos.

Este mecanismo de rotura se genera cuando los estratos de un macizo rocoso buzan con

sentido contrario a la inclinación del talud, además de la condición de subparalelismo respecto

al rumbo ambos (González de Vallejo et al., 2002).

Tipos de rotura sin control estructural:

5.1.8.5 Rotura circular.

Se desarrolla en suelos, medios granulares y macizos rocosos que presenten gran

fracturación sin predominio de ninguna estructura, donde el macizo actuaría como un medio

isotrópico.

5.2 Caracterización del suelo.

Para el talud 35+200 constituido en su cabecera por suelo será necesario caracterizar

las propiedades del mismo, a partir de parámetros como la cohesión, ángulo de fricción,

humedad, peso específico.

5.2.1 Ángulo de fricción (𝝋).

De acuerdo a Jaime Suárez (1988), en su libro “Deslizamientos y Estabilidad de

Taludes en Zonas Tropicales”, el ángulo de fricción es una magnitud que representa al

coeficiente de rozamiento, y este depende de otros parámetros como: el tamaño de los granos,

densidad, morfología de los granos, distribución granulométrica.

Figura 22. Esquema de rotura por pandeo.


Figura 23. Esquema de rotura circular.

Fuente: Dimin, n.d.

48

5.2.2 Cohesión (c).

Gonzáles de Vallejo et al. (2002) define a la cohesión como la atracción o adherencia

entre partículas que conforman el suelo, incluyendo la influencia del agua en los poros.

Para Suárez (1988) los suelos granulares o friccionantes que no presentan ningún tipo

de material cementante se suelen considerar la cohesión igual a cero.

5.2.3Distribución granulométrica.

Este parámetro hace referencia al porcentaje de las partículas de suelo de acuerdo a su

tamaño en escala granulométrica (Suárez, 1998). Esta se determina mediante ensayo de análisis

granulométrico, teniendo en cuenta que para partículas con tamaños superiores a 0,075 mm

(tamiz N° 200) se ejecutará por vía seca, y para partículas con tamaños inferiores se ejecutará

por vía húmeda (método del hidrómetro) (Gallardo, 2015).

Para el primer caso se acondiciona al material secándolo y disgregándolo,

posteriormente se pasa al mismo por una serie de tamices, cuya abertura va disminuyendo

proporcionalmente, el material retenido en cada tamiz de diámetro (𝐷𝑗) es pesado y se

determina su porcentaje(𝐶𝑗) en consideración al peso inicial de toda la muestra (IGME, 1993).

Donde:

𝑃: peso total de la muestra (seco)

𝑃𝑖: peso retenido por el tamiz para un diámetro D

El tamaño para los tamices esta normado de acuerdo a la American Society for

Testing Materials (ASTM), estos se presentan en la Tabla 19:

Figura 24. a) Equipo para realizar el ensayo de

clasificación granulométrica; b) tamices.

Fuente: Imagen de Internet.

a

b

49

Tabla 19

Descripción de tamices según la ASTM.

Los resultados proporcionados por el ensayo se representan mediante la curva

granulométrica en escala semilogarítmica, teniendo como datos el porcentaje de material que

pasa (𝐶𝑗) y la abertura del tamiz en (𝐷𝑗) mm:

5.2.4 Límites de Atterberg.

De acuerdo a Gonzáles de Vallejo et al. (2002) los límites de Atterberg permiten

caracterizar a suelos finos y estimar su comportamiento, teniendo como premisa que estos

pueden presentar cuatro estados referentes a su consistencia que a su vez está en función del

contenido de humedad.

Estado Líquido Estado Plástico Estado Semisólido Estado Sólido

Límite líquido Límite plástico Límite de contracción

Figura 25. Curva granulométrica.

Fuente: Gallardo,2015.

Fuente: ASTM-C-33-136.

50

Estado líquido: el agua en gran cantidad contrarresta la fuerza de atracción entre

particulas, haciendole perder al suelo toda su capacidad de resistencia.

Estado plástico: el suelo adquiere gran capacidad deformable frente a pequeños

esfuerzos, por ende no podrá resistir cargas apliacadas adicionales.

Estado semisólido: en este estado el suelo ya no presenta las propiedades moldeables,

pues se tiende a volver quebradizo, sin embargo su volumen puede variar al perder su contenido

de agua.

Estado sólido: en este estado el suelo se mantiene estable pues no presenta variaciones

de volumen con respecto a contenido de húmedad, siendo esta una condicón óptima (Gallardo,

2015).

5.2.5 Humedad natural.

Este parámetro hacer referencia al contenido de agua que presenta un suelo, expresada

en porcentaje. Para su determinación es preciso pesar la muestra de suelo previamente, luego

secarla en horno por un periodo de 30 minutos, y volver a pesarla (Gonzáles de Vallejo et al.,

2002).

Se calcula mediante la expresión:

Donde:

𝑊: humedad natural (%)

𝑊ℎ: peso de la muestra con humedad

𝑊ℎ: peso de la muestra posterior al secado

5.2.6 Peso específico.

Esta propiedad representa la relación entre el peso de una muestra en condiciones

iniciales (con contenido de humedad) y el volumen que abarca la misma, se determina por la

expresión (Catedra Mecánica de Rocas):

Figura 26. Estados del suelo y límites de Atterberg.

51

Donde:

𝛾: peso específico (𝑁/𝑚3)

𝑊ℎ: peso de la muestra con humedad (N)

𝑉: volumen (𝑚3)

5.2.7 Coeficiente de presión de poros (Ru).

Este coeficiente hace referencia a la presión que el agua genera en los poros del

material, cuyo efecto es la reducción de los esfuerzos efectivos y esto involucra la disminución

de las fuerzas friccionantes entre las partículas. Suárez (1988) afirma que la presión de poros

varia de acuerdo a la estación climática en función de las lluvias.

Este coeficiente se puede determinar a partir de la expresión :

Donde:

𝑅𝑢: coeficiente de presión de poro

𝑢: presión intersticial

𝛾: peso específico del material

𝑧: profundidad de medida

En el empleo del software Slide de Rocscince la presión de poros es modelada como

parte de la presión vertical considerada para cada dovela, de esta manera se pude proponer un

coeficiente 𝑅𝑢 de acuerdo a la posición del nivel freático, variando este de 0,2 a 1.

5.2.8 Clasificación SUCS.

Este sistema de clasificación propuesto por Arturo Casagrande de suelos conjuga

parámetros como la clasificación granulométrica, límites líquido y plásticos, determinados

mediante ensayos laboratorio de acuerdo a la ASTM (Suárez, 2009).

Figura 27. Valores de Ru propuesto para posiciones del

nivel freático en un talud.


52

5.3 Teorías sobre la resistencia de materiales.

5.3.1 Criterio de rotura de Mohr-Coulomb.

Concebido inicialmente para suelos, se trata de un criterio de rotura lineal con gran

aplicación por su sencillez. De acuerdo a Suárez (2009) la envolvente marca el límite entre un

estado elástico y la zona de rotura.

Este criterio de rotura está en función de la tensión normal y tensión tangencial en un

plano, donde la superficie de fluencia queda definida por la expresión: 𝜏 = 𝑓(𝜎) (IGME, 1993),

de esta manera se llega a la relación:

Donde:

𝜏: tensión tangencial en el plano de rotura

𝑐: cohesión

φ: ángulo de fricción

𝜎𝑛: tensión normal en el plano de rotura

Gráficamente el criterio se representa en la Figura 29, en un plano con las variables

tensión tangencial y tensión normal, determinadas mediante ensayo triaxial. Se aprecia que la

envolvente es una línea recta tangente a todos los círculos de falla, que determina el ángulo de

fricción y la cohesión del material (Cabezas, 2019).

Figura 28: Clasificación SUCS.


53

5.3.2 Criterio de rotura de Hoek & Brown.

Este criterio no lineal basado en la experiencia, de aplicación sencilla introduce las

propiedades geológicas y geotécnicas principales del material.

En la Figura 30, se relaciona las tensiones de rotura para este criterio, cuya curva

establece el límite entre el dominio elástico por debajo de esta y el por encima la zona de rotura

de acuerdo a Suárez (1988).

El criterio de rotura en su última modificación queda definido mediante la expresión

(Hoek et al., 1997):

Donde:

𝜎3´𝑦 𝜎1´: tensiones principales (menor y mayor)

𝜎𝐶𝑖: resistencia a la compresión uniaxial inicial

𝑠 y a: constantes que definen al macizo rocoso (Hoek et al., 1997), se determinan mediante las

expresiones:

Figura 29. Círculo de Mohr para un ensayo triaxial.

Fuente: Melentijevic, 2005.

Figura 30. Representación del criterio de rotura de Hoek y Brown.

Fuente: RocData.

54

𝑚𝑏: constante del material determinada a partir del valor de la constante 𝑚𝑖 mediante la

expresión

Donde:

𝐺𝑆𝐼: calificación del macizo rocoso mediante la clasificación mecánica GSI

𝐷: factor de disturbancia, es decir la influencia sobre el macizo rocoso de una acción u obra

ingenieril en el mismo (Hoek et al. 1997).

Figura 31. Factores de disturbancia (D) del criterio de Hoek y Brown.

Fuente: Hoek & Brown, 2002.

55

5.3.3 Criterio de rotura de Barton -Bandis.

Este criterio empírico no lineal se aplica para determinar la resistencia al corte de

discontinuidades en el macizo rocoso (Barton y Choubey, 1997). Relaciona la resistencia

normal con la resistencia al corte mediante la expresión:

Donde:

𝐽𝑅𝐶: coeficiente de rugosidad

𝜎𝑛: tensión normal actuando en la discontinuidad

𝐽𝐶𝑆: resistencia a la compresión simple 𝜑𝑟: ángulo de fricción residual

5.3.3.1 Coeficiente de rugosidad (JRC).

Las rugosidades típicas y su valoración de acuerdo a Barton (1997) se presentan en la

figura 35.

5.3.3.2 Resistencia a la compresión simple (JCS).

Este parámetro puede ser determinado mediante el ensayo in-situ a partir del martillo

Schmidt, que será complementado con la correlación gráfica en el ábaco de Deere-Miller,

teniendo como datos de entrada la media de rebotes y el peso específico de la roca (IGME,

1993).

Figura 32. Perfiles de rugosidad para discontinuidades y su

valoración de acuerdo al criterio de Barton-Bandis.

Fuente: Barton y Choubey, 1977.

a

b

56

5.3.3.3 Ángulo de fricción residual (φr)

Barton y Choubey (1977) proponen este parámetro para diferenciar las propiedades de

la discontinuidad en rocas meteorizada y en roca sana, mediante la expresión:

Donde:

𝜑𝑟: ángulo de fricción residual

𝜑𝑏: ángulo de fricción básico

𝑅: número de rebotes de martillo Schmidt en superficies frescas y en condiciones secas

𝑟: número de rebotes de martillo Schmidt en superficies meteorizadas y húmedas (Barton et

al., 1990)

5.4 Factores condicionantes y desencadenantes.

En la estabilidad de un talud inciden varios factores que por su naturaleza y efecto se

clasifican en dos grupos: factores condicionantes y desencadenantes (Suárez,1988).

Los primeros son conocidos también como intrínsecos pues abarcan los parámetros

propios del talud como las propiedades los materiales que conforman el talud, a diferencia del

segundo tipo, conocidos también como extrínsecos porque son todas aquellas condiciones

externas al talud que afectan a su estabilidad (Gonzáles de Vallejo et al., 2002).

Figura 33. a) Ensayo con el martillo Schmidt; b) Ábaco de Deere-Miller.


Factores

Condicionantes

Relieve

Litología

Estructura geológica y estado tensional

Propiedades geomecánicas de los materiales

Deforestación

Meterorización

Desencadenantes

Precipitaciones y aportes de agua

Cambio en las condiciones hidrogeológicas

Acción antrópica

Erosión o socavación al pie

Acciones climáticas (deshielo, heladas, sequías)

Sismos

57

5.5 Cálculo de estabilidad de taludes.

La estabilidad de un talud se puede estimar de manera matemática con carácter

ingenieril a partir del factor de seguridad, para esto se vale de un modelo que conjuga las

propiedades físico mecánicas del material, morfología, geología, hidrogeología, cargas

dinámicas, sismicidad, es decir los parámetros que determinan el comportamiento del mismo

(Suárez, 2009).

El establecer un valor que caracterice a la estabilidad de un talud puede no resultar del

todo exacto, pero resulta beneficioso el considerar una posible superficie de falla como criterio

para determinar las posibles acciones a ejecutarse en dicho talud (IGME, 1993).

La premisa fundamental del análisis de estabilidad consiste en comparar las fuerzas que

actúan como desestabilizadoras y las fuerzas estabilizadoras en el talud, y su efecto en el

mismo, existiendo así varios métodos para el análisis (Gonzáles de Vallejo et al., 2002):

Figura 34. Factores que influyen en la inestabilidad de un talud (condicionantes y desencadenantes).

Fuente: Modificado de Gonzáles de Vallejo, 2002.

58

Para este estudio se ha considerado el análisis de estabilidad por el método de equilibrio

límite, en base a los datros con los que se cuenta, y mediante el uso de software, cuyo

fundamento téórico se explica a continuación:

5.5.1 Método de equilibrio límite.

Estos métodos de acuerdo IGME (1993) son los más usados, y se fundamentan en un

análisis de equilibrio para una masa deslizante condicionada por fuerzas que actuan a favor del

movimiento y fuerzas que actuan en oposición, considerando un supercicie de rotura.

Para la aplicación de este método considera:

La aplicación del criterio de rotura de Mohr-Coulomb

Una superficie de falla estimada

En base a estos parámetros el IGME (1993.) establece que se debe cumplir con las ciertas

condciones:

La geometría de la superficie de rotura debe permitir el movimiento o deslizamiento

Las condciones de las fuerzas actuantes pueden ser determinadas por software apartir

de las porpiedades fisico-mecánicas del material y condciones del talud.

Basado en estas premisas se puede definir matemátimaticamente a la relación entre

fuerzas sobre el talud mediante el factor de seguridad:

Dichas fuerzas actuando sobre un plano de deslizamiento posible, con la suposición de

que no actúan cargas sobre el talud, pueden expresarse en téminos de la cohesión (c), ángulo

de fricción (𝜑) y peso de los materiales (𝑊) (Ramírez y Monge, 2004).

Figura 35. Métodos para el cálculo de estabilidad en taludes.


59

Donde:

𝑆: Fuerzas deslizantes: 𝑊(𝑠𝑒𝑛 𝛼)

𝑅𝜑: Fuerzas de fricción= 𝑊(𝑐𝑜𝑠 𝛼)(𝑡𝑎𝑛𝜑 )

𝑅𝑐: Fuerzas de cohesión=c(A)

𝐴: superficie de falla

Teniendo en consideración el efecto del agua como presión de poros (U) en la superficie

de deslizamiento la expresión puede modificarse (Gonzáles de Vallejo et al., 2002):

La aplicación de este método ha sido propuesta por varios autores con diversas

condiciones respecto a los parámetros de estabilidad como son: momentos actuantes, fuerzas

actuantes, superficie de falla y propiedades físico-mecánicas de los materiales que conforman

el talud (Suárez, 1988).

Para este estudio se han considerado el método de Bishop Simplificado, Janbu, Spencer

y Morgenstern-Price, cuyos parámetros se describen a partir de la Tabla 20:

Tabla 20

Resumen de métodos de cálculo de estabilidad considerados para el proyecto.

Método Superficie de

falla

Equilibrio Característica

Bishop

Simplificado

(1955)

Circulares Momentos Considera nulas las fuerzas de

cortante entre dovelas

Janbu

Simplificado

(1968)

Cualquier

forma

Fuerzas

Considera nulas las fuerzas al

cortante entre dovelas

Spencer

(1967)

Cualquier

forma

Momentos y

fuerzas

Considera igual la inclinación de

las fuerzas laterales en cada

dovela, sin embargo, dicha

inclinación es desconocida

Figura 36. Representación de las fuerzas que actúan en la superficie de falla de un talud.


60

Morgenstern y

Price (1965)

Cualquier

forma

Momentos y

fuerzas

Asume que las fuerzas entre

dovelas no son iguales ya que

están sujetas a una función

arbitraria

5.6 Medidas de estabilización.

Desde el punto de vista de la seguridad un talud debe ser intervenido cuando presente

deformaciones o roturas de riesgo, con un criterio geotécnico, especialmente en situaciones

constructivas que impliquen cambio de las condiciones iniciales del mismo.

De acuerdo a Gonzáles de Vallejo et al. (2002) las medias de estabilización deben tener

en cuenta tres parámetros importantes:

La urgencia de la estabilización

El factor económico y medios disponibles

La magnitud, grado de importancia y dimensionamiento de la inestabilidad

Por tanto, la aplicación de medidas de estabilización tiene como objetivo el aumento

del coeficiente de seguridad a partir de la disminución de las fuerzas que actúan en el talud

como desestabilizadoras o a su vez el aumento de las fuerzas que actúan como estabilizadoras

(IGME, 1993).

Las medidas de estabilización pueden clasificarse de acuerdo a Gonzáles de Vallejo et

al. (2002):

5.6.1 Modificación de la geometría.

Esta medida genera una distribución de las fuerzas en el talud basada en el peso de los

materiales, consiguiéndose una configuración y distribución de fuerzas más estable. Las formas

de intervención más empleadas son:

El descabezamiento o eliminación de peso en la corona del talud

Adición de peso en el pie del talud

Terraceo del talud

Reducción del ángulo del talud (IGME, 1993)

Fuente: Suárez, 1998.

61

5.6.2 Obras de drenaje.

El objetivo del drenaje es la reducción de la cantidad de agua presente en el talud, con

ello amenorar la presión de poros y por ende el peso en el talud, favoreciendo a la estabilización

del mismo. Suárez (2009) menciona que este es el agente que influencia mayormente a los

problemas de fallo en taludes.

Las medidas de drenaje superficiales cuya funcionalidad es captar el agua de escorrentía

evitando que ingrese al talud, abarcan la ejecución de cunetas o canalizaciones, por otro lado,

están las de tipo profundo con la finalidad del abatimiento del nivel freático y desalojo de agua,

estás comprenden: subdrenes horizontales, pozos, pantallas drenantes y galerías de drenaje

(Gonzáles de Vallejo et al., 2002):

5.6.3 Elementos estructurales resistentes.

La aplicación de elementos estructurales en el talud tiene como objetivo proporcionar

mayor resistencia al corte, pudiendo aplicarse:

Colocación de pilotes, micropilotes, para aumentar la resistencia del talud en la

superficie de rotura

Colocación de pernos de anclaje, bulones para el aumento de fuerzas tangenciales con

relación a la superficie de fallamiento (IGME,1993).

5.6.4 Muros y elementos de contención.

La construcción de muros se realiza en la zona del pie del talud con la finalidad de

reforzar esta zona, para sostenimiento y contención de posibles movimientos. Sin embargo,

presentan la desventaja de que no garantizan la estabilidad del talud frene a movimientos por

debajo de estos o encima.

Los muros con la finalidad de sostenimiento se suelen ubicar separados del pie talud

dejando un espacio que es rellenado de material que actúa como carga adicional en esta zona,

62

por su parte los muros que son construidos con fines de revestimiento aparte de proporcionar

carga adicional al pie de talud lo protegen de la erosión (Gonzáles de Vallejo et al., 2002).

5.6.5 Medidas de protección superficial.

La aplicación de esta mediadas tiene como finalidad:

Evitar o disminuir el desprendimiento de material del talud

Evitar la erosión y meteorización en la superficie del talud

Proteger al talud frente al agua de escorrentía

Estos objetivos se consiguen mediante obras como:

Instalación de mallas (tripe torsión)

Aplicación de hormigón lanzado

Muros de revestimiento

Colocación de geotextiles

Revegetación del talud (Gonzáles de Vallejo et al., 2002)

5.7 Medidas de control y auscultación.

Para un proyecto ingenieril de este tipo el trabajo no concluye con la ejecución del

diseño propuesto pues las condiciones en la naturaleza pueden generar eventos inesperados,

Figura 37. Medidas de estabilización para taludes.


63

siendo necesario un control y seguimiento adecuado de la obra realizada que estime y

cuantifique su comportamiento a fin de garantizar seguridad (Cabezas, 2019).

De acuerdo al IGME (1993), las mediadas de auscultación deben abarcar:

Predicción del comportamiento de talud teniendo en cuenta la superficie de rotura.

Determinación de las magnitudes a medir adecuadas a las condiciones que controlan la

estabilidad del talud

Determinar la instrumentación para la medición de las magnitudes establecidas

Implementación de los instrumentos y toma de datos

Comparación de las condiciones iniciales con las condiciones medidas, es decir

comparar el diseño concebido como una hipótesis con la situación actual como la parte

experimental.

Los parámetros más usuales sujetos a mediciones y control son:

Movimientos suscitados en el interior del talud

Movimientos en superficie

Movimientos y desplazamientos en discontinuidades y bloques

Variación de presiones intersticiales (Duque y Escobar, 2002).

Control de movimientos superficiales

En la Tabla 21 se resumen los métodos más empleados para auscultación de taludes

de forma superficial:

Tabla 21

Resumen de métodos de control de movimientos en la superficie del talud.

64

Control de movimientos en el interior del talud

Tabla 22

Resumen de métodos de control de movimientos en el interior del talud.

Fuente: IGME, 1987.

Fuente: IGME, 1987.

65

CAPÍTULO VI

6. CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA DE LOS TALUDES

6.1 Talud de la abscisa 20+00. (N° 1)

6.1.1 Estratigrafía Local.

Se trata de un talud de 38 m de altura que está conformado por estratos subhorizontales

intercalados de distintos espesores de limolitas color cafés oscuras a grises, y lutitas en

tonalidades de cafés amarillentas a cafés oscuras de la Unidad Yunguilla, presentan gran

fracturación por efecto del tectonismo y meteorización de ligera a moderada, sobre estos se

halla suelo residual y suelo saprolítico constituido por limos arcillosos en tonalidad café

amarillenta de plasticidad media y con presencia de materia orgánica como se aprecia la Figura

39 y Tabla 23.

66

Tabla 23

Descripción de la estratigrafía del talud en la abscisa 20+00.

(768473,20 E; 10001031,89 N; 2264,9 m.s.n.m.)

Material Potencia

(m)

Descripción Resistencia

(Mpa)

Suelo residual

y saprolítico

0,20 Conformados por limos arcillosos de

color café amarillento, de consistencia

y plasticidad media, con presencia de

materia orgánica

S3

(0,05-0,1)

Lutitas 6 Estratificación subhorizontal

fuertemente diaclasada

R2

(5– 25)

Limolitas 2 Estratificación subhorizontal con

presencia clastos subángulosos de 30 a

60cm.

R4

(50– 100)

Lutitas 5 Intercalación de lutitas de diferente

espesor, color café claro, con fracturas

> 2 mm.

R2

(5– 25)

Figura 39. Geología local del sitio crítico en la abscisa 20+00.

67

Limolitas 6 Clastos de limolita de 0,20 a 1 m, de

color gris oscuro. Presenta textura

masiva con buen sorteo, consistencia

media a alta. De plasticidad baja, con

composición mayormente areno-

limosa. Existen fracturas de 1 -3 mm

rellenas por cuarzo y óxidos. Presencia

de posibles líticos centimétricos de

lutitas compactadas.

R4

(50– 100)

Lutitas 2,8 Presentan tonalidades cafés a rojizas,

con gran diaclasamiento, en forma de

estratificación inclinada y cruzada.

R2

(5– 25)

Lutitas-

Limolitas

5,2 Paquete de lutitas moderadamente

meteorizadas con gran fracturación,

dentro del mismo se encuentra una capa

de limolitas deformadas, todo el

conjunto se acuña al W del

afloramiento

R2-R3

(5 – 50)

Lutitas 9 Presentan tonalidades color café

oscuras a rojizas moderadamente

meteorizadas, fuertemente diaclasadas,

de consistencia media, con presencia de

algo de humedad y materia orgánica.

R2

(5– 25)

Limolitas

0,46

Presenta tonalidades grises oscura y

café oscuro, consistencia alta, de

composición mayormente areno-

limosa, bien sorteada. Presenta

fracturas 1-3 mm, algunas rellenas con

óxidos y pátinas de limonita, con

cuarzo lixiviado. Presenta líticos <6 cm

de lutitas negras subángulosos en el

techo del estrato.

R4

(50– 100)

68

Lutitas

0,85

Presentan tonalidades color café

oscuras a rojizas, consistencia media,

tamaño de grano arcilla, cementada con

algo de limo. No presenta humedad, ni

materia orgánica. De plasticidad media,

textura masiva, moderadamente

meteorizado, fracturas <2 mm, presenta

óxidos de limonita y trazas de

magnetita.

Se encuentran intercaladas con

laminaciones de arcilla y altamente

fracturadas.

R2-R3

(5 – 50)

Limolitas

0,5

De composición areno-limosa,

compactadas y masivas, color gris

oscuro y textura masiva, bien sorteada.

No contienen materia orgánica, no

presenta humedad, y de plasticidad

nula.

Ligeramente meteorizadas con

fracturas de 1-3 mm.

R5

(100– 250)

N

Lu

d

e

Nota: Los valores de resistencia fueron determinados por índice de campo de acuerdo a ISRM (1981).

69

Lm

Lu Lm

Lu

Lm

Lm

Lu

Lm

Lu

a

b

c

Figura 40. Estratigrafía del talud en la abscisa 20+00, desde la parte inferior: limolitas (a), lutitas (b), limolitas

(c), lutitas (d), limolitas (e).

70

Estratificación subhorizontal fuertemente diaclasada.

Estratificación subhorizontal fuertemente diaclasada.

Intercalación de lutitas de diferente espesor.

Clastos de limolita de 0,20 a 1 m, de color gris oscuro, textura

masiva con buen sorteo, consistencia media a alta. Presencia de

posibles líticos centimétricos de lutitas compactadas

Lutitas moderadamente meteorizadas en coloraciones café oscura

Limolitas fracturadas y deformadas, se acuñan al W del afloramiento

Lutitas moderadamente meteorizadas, fuertemente diaclasadas,

color café oscuro

Limolitas en tonalidades gris oscura y café oscuro, consistencia alta.

Con fracturas 1-3 mm, algunas rellenas con óxidos, presenta líticos

<6 cm de lutitas negras subágulosos.

Lutitas color café oscuras a rojizas, consistencia media, tamaño de

grano arcilla, cementada con algo de limo, plasticidad media, textura

masiva.

Limolitas compactadas de color gris oscuro y textura masiva, bien

sorteada, presenta plasticidad nula, meteorizadas ligeramente.

M5

M3

M1 M2

M4

ESTRATIGRAFÍA DEL TALUD 20+00

Suelo residual y saprolítico, conformados por limos arcillosos de

color café amarillento, de consistencia y plasticidad media.

71

Tabla 24

Descripción y ubicación de las muestras tomadas.

Código Litología Descripción Ubicación

Norte Este Elevación

M1 limolita matriz 10001037,0 768426,6 2263,5

M2 lutita matriz 10001056,52 768447,92 2266,4

M3 limolita matriz 10001039,29 768447,39 2277,0

M4 lutita matriz 10001029,83 768456,22 2271,5

M5 limolita discontinuidad 10001036,45 768437,41 2286,9

Figura 42. Muestras de limolita: M1y M3 corresponden a matriz rocosa, M5 corresponde a discontinuidad.

Figura 41. Muestras de lutita (matriz rocosa).

M2 M4

M1 M3 M5

72

6.1.2 Análisis Estructural.

Los datos estructurales levantados en las estaciones geomecánicas con ayuda del formato

(Fig.15) para el análisis estructural, fueron ploteados y procesados mediante técnicas de proyección

estereográfica empleando el software Dips V6.008 (versión estudiante) de Rocscience, que

mediante sistemas estadísticos permite identificar las familias de discontinuidades con mayor

incidencia en el macizo rocoso, proporcionando los siguientes resultados (Fig. 43, 44, 45):

Figura 43. Polos de las discontinuidades levantadas: diaclasas y estratificación, en total 198.

Figura 44. Concentración de polos de las discontinuidades y ubicación de los sets principales.

73

Se identificó cuatro familias de discontinuidades principales, en este caso teniendo en

cuenta las estratificaciones como una familia (E1) y tres familias de diaclasas adicionales (D1,

D2, D3):

En base a las familias de discontinuidades identificadas se procedió a realizar el análisis

cinemático, considerando la orientación del talud y el ángulo de fricción de la discontinuidad

D3 (Ver Tabla 58) para establecer las posibles formas de fallo. En la Tabla 25 se resumen los

datos de entrada:

Tabla 25

Datos del talud y material para el análisis cinemático.

Datos del talud Datos del material

Orientación Ángulo de

fricción

(φ

26,46°

Az. Buzamiento (𝛼𝑠) 320

Buzamiento (𝛽𝑠) 39

Az. Buzamiento (𝛼𝑠+150) 110


Nota: El ángulo de fricción correspondiente a la discontinuidad D3 fue determinado en el software RocData

aplicando el criterio de Barton -Bandis.

Figura 45. Determinación de las familias de discontinuidades y sus respectivas orientaciones, se identifican

con los distintos colores los sets y los planos correspondiente a cada uno.

74


El análisis para rotura planar (planar sliding) arrojó que la familia D3 marca posibilidad

de falla (Fig. 46 b), con una concentración relativa de polos del 6,90%, atendiendo al análisis

correspondiente de las condiciones de estabilidad para este mecanismo de falla se corroboró

que no cumple con las condiciones necesarias para fallar (Tabla 26 y Fig.46).

Tabla 26

Parámetros de análisis en rotura planar.

FALLA PLANAR

Datos de la discontinuidad Posibilidad cinemática Posibilidad

de falla

planar Familia Az.

Buzamiento

(𝛼𝑗)

Buzamiento

(𝛽𝑗)

[𝛼𝑠-𝛼𝑗] <=20° 𝛽𝑗<𝛽𝑠 𝛽𝑗 𝜑

Valor Cumple Cumple Cumple

D1 324 73 4 Si No Si No

E1 112 41 208 No No Si No

D2 60 90 260 No No Si No

D3 312 46 8 Si No Si No

Figura 46. Análisis cinemático para rotura planar: a) se

presentan todas las familias de discontinuidades, b) se presenta

el análisis para la familia D3.

Talud

φ

a

b

Talud

φ

75

6.1.2.2 Falla por vuelco.

Para el mecanismo de falla por vuelco (flexural toppling) de acuerdo al análisis

cinemático ninguna de las discontinuidades cumple con las condiciones de orientación para el

desarrollo de fallo por este mecanismo, como se demuestra en la Figura 47 y la Tabla 27.

Tabla 27

Parámetros de análisis en rotura por vuelco.

FALLA POR VUELCO


de falla por

vuelco Familia Az.

Buzamiento

(𝛼𝑗)

Buzamiento

(𝛽𝑗) 𝛼𝑗 > (𝛼𝑠+150) 𝛼𝑗 < (𝛼𝑠+210) 𝛽𝑠> (90-𝛽𝑗+ 𝜑 )

Valor Cumple Valor Cumple Valor Cumple

D1 324 73 324 > 110 Si 324 >170 No 39 < 43 No No

E1 112 41 112 > 110 Si 112 < 170 Si 39 < 75 No No

D2 60 90 60 < 110 No 60 < 170 Si 39 > 26 Si No

D3 312 46 312 > 110 Si 312 > 170 No 39 <70 No No

Figura 47. Análisis cinemático para rotura por vuelco.

orientaciones,

Talud

φ

76

6.1.2.3 Falla por cuña.

Como se presenta en la Figura 48, el análisis cinemático determinó el posible desarrollo

de una cuña formada por la intersección de la familia D3 y la familia E1 (estratificación),

corroborado mediante el software Swedge V4.080 de Rocscience, donde se analizó todas las

posibles combinaciones de discontinuidades a fin de descartar cualquier posibilidad de cuña.

(Ver Tabla 28)

Tabla 28

Combinaciones de discontinuidades para determinar cuñas.

Posibles combinaciones

Plano Estado

D1-E1 No aparece

D1-D2 No aparece

D1-D3 No aparece

D2-E1 No aparece

D2-D3 No aparece

D3-E1 Aparece

Figura 48. Análisis cinemático para cuñas.

Nota: El plano de intersección para la cuña D3-E1 tiene la

orientación: 33°/18°.

Talud

φ

77

Cuña: D3-E1

Mediante el análisis por estereodiagrama se determinó que la cuña D3-E1 no marca

inestabilidad, condición que fue comprobada mediante análisis de los parámetros cinemáticos

de su plano de intersección con relación a la orientación del talud, presentados en la Tabla 29:

Tabla 29

Parámetros de análisis para rotura por cuña.

FALLA EN CUÑA

Datos de la cuña Posibilidad cinemática Posibilidad de

falla por cuña Plano de

intersección Az.

Buzamiento

(𝛼𝑗)

Buzamiento

(𝛽𝑗)

[𝛼𝑠-𝛼𝑗] <=20° 𝛽𝑗<𝛽𝑠 𝛽𝑗> 𝜑

Valor Clase Clase Clase

D3-E1 33 18 287 No Si No No

Plano de intersección

33°/18°

Figura 49. Análisis cinemático de la cuña identificada.

Familia D3

Familia E1

TALUD

N

78

En la Tabla 30 se resume los resultados del análisis cinemático para el talud de la

abscisa 20+00, determinando que no existe posibilidad de fallo en el talud por control

estructural.

Tabla 30

Resumen del análisis cinemático en el talud de la abscisa 20+00.

Resumen de Análisis Cinemático

Rotura Discontinuidad Condición

Planar D3 Estable

Vuelco - -

Cuña D3-E1 Estable

6.1.3 Determinación del RMR (Rock Mass Rating).

La información levantada en el campo fue procesada y analizada de manera estadística

con criterio conservador para caracterizar al macizo rocoso y se determinó las propiedades de

las cuatro familias de discontinuidades establecidas mediante el análisis estructural previo.

6.1.3.1 Resistencia.

Para obtener la resistencia en el campo de manera empírica se valió del martillo de

geólogo de acuerdo a lo establecido por ISRM (1981), en las dos litologías existentes (lutitas

y limolitas) y se categorizó a la roca con resistencia tipo R3 (25-50 MPa) correspondiente a

roca Moderadamente Dura.

6.1.3.2 RQD.

Para determinar este parámetro se contabilizó el número de discontinuidades presentes

en una longitud de 1 metro en un sector representativo del talud con criterio conservador (Fig.

50), obteniendo así el coeficiente volumétrico de discontinuidades (Jv) mediante la expresión:

Jv = ∑Número de descontinuidades

Longitud medida

Jv = ∑29

1= 29

El valor de RQD se obtiene mediante la expresión:

79

RQD = 115 − 3,3 Jv

RQD = 115 − 3,3 (29)

RQD = 19,3%

(Teniendo en cuenta de que se trata de bloques poliédricos)

De acuerdo a la clasificación geomecánica de Deere (1963) la calidad de la roca para

este caso es Muy Mala (Ver Tabla 33) con formas irregulares y de acuerdo al Jv corresponde

a bloques de tamaño pequeño (Tabla 31 y 32).

Tabla 31

Categorización de tamaño del bloque de acuerdo al índice Jv.

Descripción Jv

Bloques muy grandes <1

Bloques grandes 1-3

Bloques de tamaño medio 3-10

Bloque pequeño 10-30

Bloques muy pequeños >30

Tabla 32

Categorización del tipo de bloque de matriz rocosa.

Clase Tipo Descripción

I Masivo Pocas discontinuidades o con espaciado muy grande

1 metro

Figura 50. Contabilización del número de discontinuidades en 1 m lineal en el macizo rocoso.


80

II Cúbico Bloques aproximadamente equidimensionales

III Tabular Bloques con una dimensión considerablemente menor

que las otras dos

IV Columnar Bloques con una dimensión considerablemente mayor

que las otras dos

V Irregular Grandes variaciones en el tamaño y forma de los

bloques

VI Triturado Macizo rocoso muy fracturado

Tabla 33

Categorización de la calidad de la roca.

RQD (Designación de calidad de

Roca)

( % )

Muy mala (>27 diaclasas por m3) 0 - 25

Mala (20 – 27 diaclasas por m3) 25 – 50

Regular (13-19 diaclasas por m3) 50 -75

Buena (8 – 12 diaclasas por m3) 75 - 90

Excelente (0 – 7 diaclasas por m3) 90 -100

6.1.3.3 Propiedades de las familias de discontinuidades.

Con el procesamiento estadístico mediante histogramas se estableció las propiedades

de las familias de las discontinuidades (Tabla 34), siempre prevaleciendo el criterio

conservador de la seguridad, consecuentemente se realizará su ponderación de acuerdo a la

clasificación geomecánica RMR:

Tabla 34

Resumen de las propiedades de las familias de discontinuidades.

Familia E1

Azimut de Buz / Buzamiento 112°/41°

Rumbo/Buzamiento N22°E /41°SE

Espaciamiento Separadas (≥ 600- <2000) mm

Continuidad Alta (≥10 - < 20) m

Abertura Abierta (≥0,50-2,50) mm



81

Rugosidad Plana Rugosa (VII)

Meteorización Ligeramente meteorizada

Relleno Blando < 5 mm

Agua Seco

Familia D1


Rumbo/Buzamiento N54°E/73°NW

Espaciamiento Juntas (≥ 60- <200) mm

Continuidad Baja (< 1) m




Relleno Duro <5 mm

Agua Ligeramente húmedo

Familia D2

Azimut de Buz /Buz. 60°/90°

Rumbo/Buzamiento N30°W/90°NE

Espaciamiento Muy juntas (≥ 20- <60) mm


Abertura Parcialmente abierta (≥0,25-<0,50) mm



Relleno Blando < 5 mm

Agua Seco

Familia D3


Rumbo/Buzamiento N48°E/46°NW

Espaciamiento Junta (≥ 60- <200) mm





Relleno Blando >5 mm

Agua Seco

Asignando la valoración correspondiente a las propiedades de cada familia en base a la

clasificación geomecánica de Bieniawski (1989) se obtuvo un RMR básico de 47 puntos,

correspondiente a un macizo rocoso Clase III Media (Ver Fig. 51).

82

6.1.4 Determinación GSI.

La determinación del GSI se realizó en un sector del macizo rocoso que presenta gran

diaclasamiento a fin de mantener el criterio conservador respecto a la seguridad, caracterizando

al macizo dentro del rango [ 50-40] (Fig. 52), finalmente considerando para este caso un valor

promedio de 45 correspondiente a un macizo de CALIDAD REGULAR (Tabla 35).

Clasificación Geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) CALIFICACIÓN

Parámetros de clasificación E1 D1 D2 D3

1

Resistenci

a

de la

matriz

rocosa

(MPa)

Ensayo de

carga

puntual

> 10 10‐4 4‐2 2‐1 Compresión

simple (MPa)

Resistencia

de la matriz rocosa

(MPa) Compresión

simple > 250 250‐100 100‐50 50‐25 25‐5

5‐

1 < 1

Puntuación 15 12 7 4 2 1 0 7 7 7 7

2 RQD

90% ‐ 100%

75% ‐ 90% 50% ‐ 75% 25% ‐ 50%

< 25% RQD

Puntuación 20 17 13 6 3 3 3 3 3

3

Separación entre

diaclasas > 2 m 0.6 ‐ 2 m 0.2 ‐ 0.6 m

0.06 ‐ 0.2 m

< 0.06 m Separación entre

diaclasas (m)

Puntuación 20 15 10 8 5 15 8 5 8

4

Est

ad

o d

e la

s d

iacla

sas

Continuidad < 1 m 1‐3 m 3‐10 m 10‐20 m >20 m Continuidad (m)

Puntuación 6 4 2 1 0 1 6 6 6

Abertura Nula < 0.1 mm 0.1‐1.0 mm 1‐5 mm >5 mm Abertura (mm)

Puntuación 6 5 3 1 0 1 1 3 1

Rugosidad Muy

rugosa Rugosa

Ligeramente

rugosa Ondulada Suave Rugosidad

Puntuación 6 5 3 1 0 5 3 5 3

Relleno Ninguno Duro (<5

mm) Duro (> 5 mm)

Blando

(<5 mm)

Blando (>5

mm) Relleno (mm)

Puntuación 6 4 2 2 0 2 4 2 0

Alteración Inalterad

a

Ligerament

e alterada

Moderadamente

alterada

Muy

alterada Descompuesta Alteración

Puntuación 6 5 3 1 0 5 5 5 5

5

Agua

freática

Caudal por 10

m de túnel

Nulo < 10

litros/min 10‐25 litros/min

25‐125

litros/min > 125 litros/min

Agua freática

Relación: Presión de

agua/Tensión

principal mayor

0 0.0 ‐ 0.1 0.1 ‐ 0.2 0.2 ‐ 0.5 > 0.5

Estado general

Seco

Ligerament

e

húmedo

Húmedo Goteando Agua fluyendo

Puntuación 15 10 7 4 0 15 10 15 15


CALIFICACIÓN RMR

Básico

Clase I II III IV V E1 D1 D2 D3

Calidad Muy buena Buena Media Mala Muy mala 54 47 51 48

Puntuación 100 ‐ 81 80 – 61 60 – 41 40 – 21 < 20 RMR básico: 47

III-MEDIA

83

Tabla 35

Categorización del macizo rocoso según GSI.

6.1.5 Determinación del SMR.

El Slope Mass Rating (SMR) es un índice que permite estimar el comportamiento de

un talud de manera acertada y categorizarlo de acuerdo la calidad que presenta, a fin de poder

sugerir la metodología de estabilización si lo requiere.

Como ya se mencionó el SMR corresponde a un ajuste del valor obtenido del RMR

básico (Bieniawski, 1989) para el macizo rocoso mediante la aplicación de cuatro factores (F1,

Figura 52. Determinación del GSI del talud de abscisa 20+00.

Nota: en la fotografía se observa el sitio más fracturado del talud.

Fuente: Hoek y Marinos, 2000.

84

F2, F3, F4) (IGME, 1993), estos factores hacen referencia básicamente a la orientación de las

familias de discontinuidades y el talud (Gonzáles de Vallejo et al., 2002), la relación que existe

entre estos que se traduce en el mecanismo de fallo posible, además del método de excavación

a ejecutarse .

A continuación, se presenta un ejemplo de cálculo del SMR ponderado, analítico y

continuo en base a las expresiones matemáticas que se encuentran en el apartado (5.1.7.1.2),

propuestas por Romana (1993) y Tomás (2007).

Los datos de partida se presentan en la Tabla 36.

Tabla 36

Datos de entrada para el cálculo del SMR.

𝑹𝑴𝑹𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑜 47

Talud 𝜶𝒔 320°

20+00 𝜷𝒔 39°

Familia: D3 𝜶𝒋 312°

𝜷𝒋 46°

Donde:

𝛼𝑠: Azimut de buzamiento del talud

𝛽𝑠: Buzamiento del talud

𝛼𝑗: Azimut de buzamiento de la familia

𝛽𝑗: Buzamiento de la familia

SMR DISCRETO

SMR ponderado

(Romana,1993)

SMR analítico (Romana, 1995)

Para rotura planar

Factor F1

𝐴 = |𝛼𝑗 − 𝛼𝑠|

𝐴 = |312 − 320| = 8°

De acuerdo a Romana (1993) F1= 0,85

Para rotura planar

Factor F1

𝐴 = |𝛼𝑗 − 𝛼𝑠|

𝐴 = |312 − 320| = 8°

𝐹1 = {1 − 𝑠𝑒𝑛(𝐴)}2

𝑭𝟏 = {1 − 𝑠𝑒𝑛(8)}2 = 𝟎, 𝟕𝟒

85

SMR CONTINUO (Tomás, 2007)

Datos:

𝐴=8°

𝐵=46°

𝐶=7°

Factor F1

𝐹1 =16

25−

3

500𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 (

1

10(|𝐴| − 17))

𝐹1 =16

25−

3


1

10(|8| − 17))

𝑭𝟏 = 𝟎, 𝟖𝟗

Factor F2

𝐹2 =9

16+

1


17

100𝐵 − 5)

𝐹2 =9

16+

1


17

10046 − 5)

𝑭𝟐 = 𝟎, 𝟗𝟐

Factor F3

𝐹3 = −30 +1

3𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛(𝐶)

𝐹3 = −30 +1

3𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛(34)

𝑭𝟑 = −𝟐, 𝟕𝟏

Factor F4=0 (Excavación mecánica)

SMR − C = RMR + (F1 ∗ F2 ∗ F3) + F4

SMR − C = 47 + (0,89 ∗ 0,92 ∗ −2,71) + 0

𝐒𝐌𝐑 − 𝐂 = 𝟒𝟒, 𝟕𝟖

Factor F2

𝐵 = |𝛽𝑗|

𝐵 = |46| = 46°

F2=1, por ser B mayor a 45° (Gonzales de Vallejo,2002)

Factor F3

𝐶 = |𝛽𝑗−𝛽𝑠|

𝐶 = |46 − 39| = 7°

De acuerdo a Romana (1995) F3= -6


SMR = RMR + (F1 ∗ F2 ∗ F3) + F4

SMR = 47 + (0,74 ∗ 1 ∗ −6) + 0

𝐒𝐌𝐑 = 𝟒𝟐, 𝟓𝟔

Factor F2

𝐵 = |𝛽𝑗|

𝐵 = |46| = 46°

De acuerdo a Romana (1993) F2= 1

Factor F3

𝐶 = |𝛽𝑗−𝛽𝑠|

𝐶 = |46 − 39| = 7°

De acuerdo a Romana (1993) F3= -6


SMR = RMR + (F1 ∗ F2 ∗ F3) + F4

SMR = 47 + (0,85 ∗ 1 ∗ −6) + 0

𝐒𝐌𝐑 = 𝟒𝟏, 𝟗

86

Tabla 37

Resumen de los valores obtenidos de SMR para la familia D3, para rotura planar.

SMR para la familia D3

SMR Discreto SMR Continuo (Tomás,2007) SMR ponderado

(Romana,1993) SMR analítico

(Romana, 1995)

41,9 42,56 44,78

Clase III (media) Clase III (media) Clase III (media)

Siguiendo la metodología del ejemplo presentado se calculó el SMR discreto y continuo

para cada familia de discontinuidad, cabe mencionar que los valores del SMR discreto tanto

ponderado como analítico son iguales o varían muy poco de acuerdo a Orellana (2018), por tal

motivo se consideró el cálculo del SMR discreto de tipo ponderado para este proyecto.

Para su determinación se empleó el programa de código abierto SMRTool propuesto

por Riquelme, A. Tomás, R. & Abellán A. (2014) de la Universidad de Alicante (Ver Anexo

1), y los resultados se presentan en la Tabla 38:

Tabla 38

Resumen de los valores obtenidos de SMR para cada familia.

𝑹𝑴𝑹𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑜: 47 320°/39°

Familias D3

312°/46°

D3-E1

33°/18°

Ángulos auxiliares

A 8° 287°

B 46° 18°

C 7° 21°

Tipo de fallo Planar Cuña

Factores de corrección SMR

discreto

SMR

continuo

SMR

discreto

SMR

continuo

F1 0,85 0,89 0,15 0,11

F2 1,00 0,92 0,15 0,24

F3 -6,00 -2,71 0,00 -0,90

F1xF2xF3 -5,0 -2,0 0,00 0,02

F4 0,00 0,00 0,00 0,00

RMR+(F1*F2*F3) +F4 42 45 47 46,97

CLASE

III

III

III

III

Estabilidad Parcialmente estable Parcialmente estable

87

Nota: *El factor F4 corresponde a excavación mecánica.

*Los ángulos auxiliares (A, B, C) se encuentran expresados en grados sexagesimales.

En la Tabla 39 se presenta el resumen de los valores de SMR obtenidos para cada

familia de discontinuidades en función a la posible forma de fallo.

Tabla 39

Resumen de los valores obtenidos de SMR para cada familia.

Familia SMR Discreto Clase SMR Continuo Clase

D3 42 III 45 III

D3-E1 47 III 46,97 III

Nota: Se considera el menor valor de SMR obtenido, en este caso corresponde a la familia D3 con una

puntuación de 42 para SMR Discreto y 45 para SMR continuo, categorizando al talud como Clase III.

De acuerdo al valor de SMR determinado, Romana (1993) propone las siguientes

medidas de estabilización (Tabla 40), sin embargo, se corroborará con otros análisis para

determinar su aplicabilidad.

Tabla 40

Medidas propuestas de corrección de acuerdo al valor de SMR para el talud 20+00.

Roturas Algunas juntas o muchas

cuñas

Algunas juntas o muchas

cuñas

Tratamiento Sistemático Sistemático

Medidas de Corrección

Reexcavación No Aplica

Drenaje No Aplica

Hormigón Hormigón Proyectado, Contrafuertes y/o vigas,

Muros al pie

Refuerzo Anclajes

Protección Zanjas de pie, Varillas de pie o de talud, Redes y/o

mallas

Sin

Sostenimiento

No Aplica

Fuente: Romana, 1993.

88

6.2 Talud 35+200. (N° 2)

6.2.1 Estratigrafía Local.

El talud de 98 m de altura está conformado en su base por rocas fracturadas, ligera a

medianamente meteorizadas que abarcan limolitas de la Unidad Silante, en tonalidades

púrpuras, intercaladas con estratificaciones centimétricas de areniscas en tonalidades grises y

de grano medio. Estas van aumentando su grado de meteorización hacia la parte de superior

del talud hasta alcanzar el grado de altamente meteorizadas. Sobreyaciendo a este material se

halla suelo saprolítico y suelo residual color café amarillento, seguidos por un depósito de

ceniza volcánica que incluye arena limosa y arena de grano medio a grueso con lapilli de hasta

20 mm de diámetro, como se aprecia en la Figura 53 y Tabla 41.

Figura 53. Geología Local del Sitio Crítico en la abscisa 35+200.

Nota: Modificado de León y Godoy, 2018.

89

Tabla 41

Descripción de la estratigrafía del talud en la abscisa 35+200.

(760920,32 E; 10003164,50 N; 1730,0 m.s.n.m.)

Unidad Potencia

(m)

Descripción SUCS

SU

EL

O

Arena

limosa

2,5 Color café oscuro, de grano fino

y compacidad suelta, presenta

humedad.

SM

Arena

limosa

2,7 Color gris, de grano medio a

grueso y compacidad suelta,

contiene algo de pómez, presenta

humedad.

SM

Arena

limosa

4,8 Presenta tonalidades grises, con

compacidad suelta, grano medio,

contiene humedad

SM

Limo de

alta

plasticidad

1,1 Color ocre, de consistencia media

y plasticidad media, presenta

humedad, no se evidencian

clastos.

MH

Limo de

alta a baja

plasticidad

1,1 Color marrón, de consistencia

dura, plasticidad baja y húmedo.

Existe la presencia de clastos

altamente meteorizados.

MH-ML

Limo de

baja

plasticidad

1 Color ocre, de consistencia muy

dura, plasticidad baja y húmedo.

Existe la presencia de relictos de

roca altamente meteorizada.

ML

Limo de

baja

plasticidad

3 En tonalidades ocre a rojizo, de

consistencia muy dura, plástico,

y con humedad. Existe la

presencia de relictos de roca

color púrpura fuertemente

meteorizada y de oxidaciones.

ML

Limo de

baja

plasticidad

1,8 Se presenta en tonalidades rojizas

a púrpura, de consistencia muy

dura, plástico con la presencia de

gravas subangulares y

oxidaciones.

ML

90

Litología Potencia

(m)

Descripción Resistencia

(MPa)

RO

CA

Limolitas

80 Se presenta en tonalidades

púrpura, ligeramente a

medianamente meteorizadas,

fracturadas con aberturas

estrechas, existe la presencia de

intercalaciones centimétricas de

areniscas estratificadas en

tonalidades grises de grano

medio, con presencia de óxidos

de Mn.

R3

(25-50 MPa)

Figura 54. a) limolitas; b) limo de baja plasticidad color púrpura; c) limo arcilloso color ocre; d) arena con

lapilli.

c d

a b

Nota. Modificado de León y Godoy,2018.

91

Limolitas en tonalidades púrpura, fracturadas con

aberturas estrechas, existe la presencia de intercalaciones

centimétricas de areniscas

estratificadas en tonalidades grises de grano medio, con

presencia de óxidos de Mn.

ESTRATIGRAFÍA DEL TALUD 35+200

Limo de baja plasticidad en

tonalidades rojizas a púrpura, de

consistencia muy dura.

Limo de baja plasticidad color

ocre a rojizo, de consistencia muy dura, con humedad. Existe

la presencia de relictos de roca

color púrpura.

Limo de baja plasticidad color

ocre, de consistencia muy dura.

Limo arcilloso color ocre de alta

plasticidad consistencia media,

húmedo.

Arena limosa, color gris, de

compacidad suelta, grano medio,

contiene humedad.

Arena limosa, de grano medio a

grueso y compacidad suelta,

contiene algo de pómez, contiene

humedad.

Arena limosa, color café oscuro,

de grano fino y compacidad

suelta, contiene humedad.

Nota: Los parámetros del suelo fueron tomados de León y Godoy, 2018.

92

6.2.2 Análisis Estructural

Siguiendo la metodología empleada para el análisis estructural descrita anteriormente

para el talud 20+00 (N°1), se plotearon y fueron analizados los datos estructurales levantados

en campo (Fig. 55 y 56) correspondiente al macizo rocoso que conforma la base del talud

35+200 desde la cota 1730 m.s.n.m. hasta la cota 1815 m.s.n.m., identificando las siguientes

familias (Fig. 57).

Figura 55. Polos de las discontinuidades levantadas: diaclasas y estratificaciones.

Figura 56. Concentración de polos de las discontinuidades y ubicación de los sets principales.

93

Se identificó cuatro familias de discontinuidades principales (Fig. 57), en este caso

teniendo en cuenta las estratificaciones como una familia (E1) y tres familias de diaclasas

adicionales (D1, D2, D3):

En base a las familias de discontinuidades identificadas se procedió a realizar el análisis

cinemático, teniendo como datos la orientación del talud y de las familias respectivamente.

(Ver Tabla 42)

El ángulo de fricción (𝜑 para el análisis cinemático corresponde al ángulo de fricción

de la familia D3, determinado mediante el software RocData aplicando el criterio de Barton

Bandis, por ser el menor de todas las familias, manteniendo un criterio conservador. (Ver Tabla

66)

Tabla 42

Datos del talud y material para el análisis cinemático.

Datos del talud Datos del material

Orientación Ángulo de fricción

(𝜑

28,39°

Az. Buzamiento (𝛼𝑠) 11

Buzamiento (𝛽𝑠) 30



Figura 57. Determinación de las familias de discontinuidades y sus respectivas orientaciones, se identifican

con los distintos colores los sets y los planos correspondiente.

94


El análisis cinemático para rotura planar (planar sliding) estableció que ninguna familia

marca la posibilidad del desarrollo de este mecanismo de rotura como se presenta en la Figura

58 y Tabla 43.

Tabla 43

Parámetros de análisis en roturar planar.

FALLA PLANAR


de falla

planar Familia Az.

Buzamiento

(𝛼𝑗)

Buzamiento

(𝛽𝑗)

[𝛼𝑠-𝛼𝑗] <=20° 𝛽𝑗<𝛽𝑠 𝛽𝑗 𝜑

Valor Cumple Cumple Cumple

D1 184 77 173 No No Si No

E1 113 22 102 No Si No No

D2 85 63 74 No No Si No

D3 233 65 222 No No Si No

Figura 58. Análisis cinemático para rotura planar.

Talud

φ

95

6.2.2.2 Falla por vuelco.

De acuerdo al análisis cinemático realizado para falla por vuelco (flexural toppling),

ninguna de las familias cumple con las condiciones de orientación para el desarrollo de este

mecanismo, como se demuestra en la Figura 59 y Tabla 44.

Tabla 44

Parámetros de análisis en rotura por vuelco.

FALLA POR VOLTEO

Datos de la discontinuidad Posibilidad cinemática Posibilid

ad de

falla por

vuelco Familia Az.

Buzamient

o (𝛼𝑗)

Buzamient

o

(𝛽𝑗)

𝛼𝑗 > (𝛼𝑠+150) 𝛼𝑗 < (𝛼𝑠+210) 𝛽𝑠> (90-𝛽𝑗+ 𝜑 )

Valor Cumple Valor Cumpl

e Valor Cumple

D1 184 77 184 > 161 Si 184 < 221 Si 30 < 41 No No

E1 113 22 113 <161 No 113 < 221 Si 30 <96 No No

D2 85 63 85 < 161 No 85 < 221 Si 30 < 55 No No

D3 233 65 233 > 161 Si 233 >221 No 30 < 53 No No

Figura 59. Análisis cinemático para rotura por vuelco.

Talud

φ

96

6.2.2.3 Falla por cuña.

El correspondiente análisis cinemático determinó que no existe riesgo de rotura por

cuña (Fig. 60), situación que fue corroborada con el software Swedge V4.080, examinando

cada combinación de familias posibles (Tabla 45).

En resumen, del análisis cinemático realizado para los diferentes mecanismos de rotura

se concluye que no existe la posibilidad de desarrollo de falla de peligrosidad en el macizo

rocoso por control estructural (Tabla 45).

Tabla 45

Resumen del análisis cinemático para el talud 35+200.

Resumen de Análisis Cinemático

Rotura Discontinuidad Condición

Planar - No existe riesgo

Vuelco - No existe riesgo

Cuña - No existe riesgo

Figura 60. Análisis cinemático para cuñas.

Talud

φ

97

6.2.3 Determinación del RMR (Rock Mass Rating).

6.2.3.1 Resistencia.

La resistencia de la matriz rocosa fue determinada de manera empírica con el martillo

de geólogo de acuerdo a lo establecido por ISRM (1981), corresponde a una resistencia tipo

R3 (25-50 MPa) categorizando a la roca como Moderadamente Dura.

6.2.3.2 RQD.

Para determinar este parámetro se contabilizó el número de discontinuidades presentes

en una longitud de un metro en un sector representativo del talud con criterio conservador,

obteniendo así el coeficiente volumétrico de discontinuidades (Jv) mediante la expresión:

Jv = ∑Número de descontinuidades

Longitud medida

Jv = ∑27

1

Jv = 27

El RQD se obtiene mediante la expresión:

RQD = 115 − 3,3 Jv

RQD = 115 − 3,3 (27)

RQD = 26%

(Teniendo en cuenta de que se trata de bloques poliédricos)

Figura 61. Contabilización del número de discontinuidades en 1 m lineal en el macizo rocoso.

1 metro

98

De acuerdo a la clasificación geomecánica de Deere (1963) la calidad de la roca para

este caso es Mala con formas irregulares y de acuerdo al Jv corresponde a bloques de tamaño

pequeño:

Tabla 46

Categorización de tamaño del bloque de acuerdo al índice Jv.

Descripción Jv

Bloques muy grandes <1

Bloques grandes 1-3

Bloques de tamaño medio 3-10

Bloque pequeño 10-30

Bloques muy pequeños >30

Tabla 47

Categorización del tipo de bloque de matriz rocosa.

Clase Tipo Descripción

I Masivo Pocas discontinuidades o con espaciado muy grande

II Cúbico Bloques aproximadamente equidimensionales

III Tabular Bloques con una dimensión considerablemente menor

que las otras dos

IV Columnar Bloques con una dimensión considerablemente mayor

que las otras dos

V Irregular Grandes variaciones en el tamaño y forma de los

bloques

VI Triturado Macizo rocoso muy fracturado

Tabla 48

Categorización de la calidad de la roca.




99

6.2.3.3 Propiedades de las familias de discontinuidades.

El procesamiento estadístico de la información levantada en el campo determinó las

propiedades para cada familia de discontinuidades manteniendo siempre un criterio

conservador:

Tabla 49

Resumen de las propiedades de las familias de discontinuidades.

Familia E1


Rumbo/Buzamiento N23°E/22°SE

Espaciamiento Separadas (≥600- < 2000) mm

Continuidad Alta (≥10 - < 20) m

Abertura Parcialmente abierta (≥0,25 - < 0,5) mm

Rugosidad Plana Lisa (VIII)


Relleno Blando <5 mm

Agua Húmedo

Familia D1


Rumbo/Buzamiento N86°W/77°SW


Continuidad Muy Baja (<1) m

Abertura Moderadamente Abierta (≥2,5-10) mm

Rugosidad Plana Lisa (VIII)


Relleno Blando <5 mm

Agua Húmedo

Familia D2


Rumbo/Buzamiento N5°W/63°NE

Espaciamiento Muy separadas (≥2000- <6000) mm

Continuidad Baja (≥1 - < 3) m

Abertura Parcialmente abierta (≥0,25 - < 0,5) mm

Rugosidad Ondulada Lisa (V)


Relleno Duro <5 mm

Agua Húmedo

Familia D3

100


Rumbo/Buzamiento N37°W/65°SE


Continuidad Baja (≥1 - < 3) m

Abertura Ancha (>10) mm


Meteorización Moderadamente meteorizada

Relleno Duro <5 mm

Agua Húmedo

Asignando la valoración correspondiente a las propiedades establecidas para cada

familia de discontinuidad se obtuvo un RMR básico de 46 correspondiente aun macizo rocoso

Clase III Media.

Clasificación Geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) CALIFICACIÓN

Parámetros de clasificación D1 E1 D2 D3

1

Resistencia

de la matriz

rocosa

(MPa)

Ensayo de

carga puntual > 10 10‐4 4‐2 2‐1

Compresión

simple (MPa) Resistencia

de la matriz rocosa

(MPa) Compresión

simple > 250 250‐100 100‐50 50‐25

25‐

5 5‐1 < 1

Puntuación 15 12 7 4 2 1 0 4 4 4 4

2 RQD 90% ‐ 100% 75% ‐ 90% 50% ‐ 75% 25% ‐ 50% < 25%

RQD

Puntuación 20 17 13 6 3 6 6 6 6

3 Separación entre diaclasas > 2 m 0.6 ‐ 2 m 0.2 ‐ 0.6 m 0.06 ‐ 0.2 m < 0.06 m Separación entre

diaclasas (m)

Puntuación 20 15 10 8 5 15 15 20 15

4

Est

ad

o d

e l

as

dia

cla

sas

Continuidad < 1 m 1‐3 m 3‐10 m 10‐20 m >20 m Continuidad (m)

Puntuación 6 4 2 1 0 6 1 4 4

Abertura Nula < 0.1 mm 0.1‐1.0 mm 1‐5 mm >5 mm Abertura (mm)

Puntuación 6 5 3 1 0 0 3 3 0

Rugosidad Muy rugosa Rugosa Ligeramente

rugosa Ondulada Suave Rugosidad

Puntuación 6 5 3 1 0 3 3 1 3

Relleno Ninguno Duro (<5 mm) Duro (> 5 mm) Blando (<5

mm) Blando (>5 mm) Relleno (mm)

Puntuación 6 4 2 2 0 2 2 4 4

Alteración Inalterada Ligeramente

alterada

Moderadamente

alterada Muy alterada Descompuesta Alteración

Puntuación 6 5 3 1 0 5 5 5 3

5

Agua

freática

Caudal por 10

m de túnel Nulo

< 10

litros/min 10‐25 litros/min

25‐125

litros/min > 125 litros/min

Agua freática

Relación:

Presión de

agua/Tensión

principal mayor

0 0.0 ‐ 0.1 0.1 ‐ 0.2 0.2 ‐ 0.5 > 0.5

Estado

general Seco

Ligeramente

húmedo Húmedo Goteando Agua fluyendo

Puntuación 15 10 7 4 0 7 7 7 7


CALIFICACIÓN RMR

Básico


Calidad Muy buena Buena Media Mala Muy mala 48 46 54 46

Puntuación 100 ‐ 81 80 – 61 60 – 41 40 – 21 < 20 RMR básico: 46

III-MEDIA

101

5.2.4 Determinación GSI.

El GSI fue determinado en un sector representativo del talud que estructuralmente

presentó más de tres familias de discontinuidades, con bloques angulares, caracterizando al

macizo rocoso dentro del rango [ 50-60], finalmente considerando para este caso un valor

promedio de 55 correspondiente a un macizo de CALIDAD REGULAR.

Figura 63. Determinación del GSI del talud de abscisa 35+200.

Nota: En la fotografía se observa el sitio más fracturado del talud.

Corrección por la Orientación de las Diaclasas

CORRECIÓN

Dirección y Buzamiento Muy

Favorables Favorables Medias Desfavorables Muy

desfavorables E1 D1 D2 D3

Taludes 0 -5 -25 -50 -60 0 0 0 0


CALIFICACIÓN RMR


Calidad Muy

buena Buena Media Mala Muy mala 46 46 46 46

Puntuación 100 ‐ 81 80 – 61 60 – 41 40 – 21 < 20 RMR corregido: 46

III-MEDIA

Figura 62. Determinación del RMR básico para el talud de la abscisa 35+200.

Nota: Debido a que se descartó cualquier mecanismo de fallo del presente talud por control estructural, no se

aplica el índice SMR, por tal se procedió a realizar una corrección del RMR básico de acuerdo a los

parámetros propuestos Bieniawski para taludes.

102

En la Tabla 50 se categoriza al talud 35+200 de acuerdo al valor del GSI determinado:

Tabla 50

Categorización del macizo rocoso según GSI.

Fuente: Hoek y Marinos, 2000.

103

CAPÍTULO VII

7. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES

7.1 Talud 20+00. (N° 1)

Para determinar las propiedades de las rocas que conforman el macizo rocoso, como la

resistencia a la compresión simple, al no contar con ensayos de laboratorio se procedió a

ejecutar in-situ el ensayo con el Martillo Schmidt (esclerómetro), tomando 20 medidas por cada

litología en las respectivas estaciones geomecánicas, para matriz rocosa y discontinuidades

(Fig. 64), de estas medidas fueron eliminadas el máximo valor y el mínimo en cada caso y con

el resto de medidas se determinó una media de rebotes (𝑅𝑙) por cada litología y discontinuidad.

Para la obtención de la resistencia a la compresión simple se empleó el ábaco de Miller,

teniendo como datos de entrada el número de rebotes (𝑅𝑙) y el peso específico para cada

litología, con la consideración de la orientación del martillo al ejecutar el ensayo.

Para el peso específico del material en este talud se realizó una recopilación

bibliográfica de fuentes confiables (Ver Tabla 51), incluyendo valores determinados en el

Figura 64. Ejecución del ensayo con esclerómetro (a) discontinuidad correspondiente a la

estratificación en limolita, (b) matriz rocosa en limolita, (c) matriz rocosa en lutita.

a

b

c

104

estudio de León y Godoy (2018) en taludes relativamente cercanos al sitio de interés para las

mismas litologías.

Tabla 51

Recopilación de datos bibliográficos de peso específico de lutitas y limolitas.

Fuente

Peso especifico (𝒌𝑵 𝒎𝟑)⁄

Lutita Limolita

León y Godoy, 2018 24,5 24,5

17,49 20,60

Gavilanes 21,5 25,5

Maguiña, S. 19,6 25,2

Folleto de Catedra

Mecánica de Rocas

25 27,5

Gonzales de Vallejo, 2002 22 26

Plata L., 2009 22,3 26,2

Aliaga, M.,2003 24,62 24,62

Promedio 22,12 25,01

Nota: Los primeros 4 valores corresponden a un estudio geológico-geotécnico realizado en la misma carretera

donde se ubican los sitios de estudio, en las abscisas 19+600 y 23+300 respectivamente.

De esta manera mediante el empleo de un formato propuesto por el autor para registro

de rebotes y teniendo el peso específico referencial para cada litología se procedió a estimar la

resistencia a la compresión simple para matriz rocosa (Ver Anexo 2)

Los resultados de la correlación gráfica de los datos obtenidos para cada litología

correspondiente a matriz rocosa y en cada estación se presentan en la Tabla 52:

Tabla 52

Resumen de la resistencia a la compresión simple obtenida para cada litología.

Estación Litología N° de rebotes

(𝑹𝒍)

Peso específico (𝒌𝑵 𝒎𝟑)⁄

RCS

(MPa)

Valores

promedios de

RCS

(MPa)

1 Lutitas 21 22,12 30 -Lutitas: 29

Limolitas 44 25,01 92

2 Lutitas 19 22,12 28


3 Lutitas 17 22,12 27 -Limolitas: 90

105


4 Lutitas 20 22,12 29


Para el ensayo en las familias de discontinuidades se siguió la misma metodología

propuesta (Ver Anexo 3), estimando los valores de resistencia a la compresión simple en cada

caso:

Tabla 53

Resumen de resistencia a la compresión simple para cada discontinuidad (JCS).

Familia Litología N° de rebotes

(𝑹𝒍)

Peso

específico (𝒌𝑵 𝒎𝟑)⁄

JCS

(MPa)

D1

324/73

Lutitas 18 22,12

28

E1

112/41


D2

60/90


D3

312/46

Lutitas 17 22,12

27

Los parámetros de ángulo de fricción y la cohesión tanto de la matriz rocosa como de

las discontinuidades se determinaron mediante el empleó del software RocData de Rocscince.

En el primer caso para matriz rocosa se consideró el Criterio Generalizado de Hoek &

Brown (2006), teniendo como datos de entrada (Tabla 54):

Tabla 54

Datos de entrada al software para el caso de matriz rocosa empleando el Criterio

Generalizado de Hoek & Brown (2006).

Parámetro Descripción Valoración

sigci

resistencia a la compresión

simple

Limolita:90 MPa

Lutita: 29 MPa

GSI 45

mi constante del material Limolita: 7

Lutita: 4

D factor de perturbación 0.7

Expresión: Lutitas

𝑚𝑏: 0,195

106

𝜎1 = 𝜎3 + 𝜎𝑐𝑖 [𝑚𝑏

𝜎3

𝜎𝑐𝑖+ 𝑠]

𝑎

𝑠: 0,0003

𝑎: 0,508

Limolitas

𝑚𝑏: 0,341

𝑠: 0,0003

𝑎: 0,508 Nota: para el factor de disturbancia se tomó en consideración para talud con excavación mecánica.

Los valores de las constantes 𝑚𝑏 , 𝑠, 𝑎 fueron determinadas por el software en base a los datos de entrada.

Los resultados obtenidos para las dos litologías existentes: lutitas y limolitas, se

resumen en la Tabla 55:

Tabla 55

Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción de la matriz rocosa.

Litología Descripción Ángulo de

fricción

(𝝋)

Cohesión

MPa

Lutitas matriz 9,54 1,23

Limolitas matriz 18,38 2,45

En el caso de las discontinuidades para determinar su ángulo de fricción y cohesión se

consideró el Criterio de Barton-Bandis, teniendo como datos de entrada (Tabla 56):

Tabla 56

Datos de entrada al software para el caso de discontinuidad empleando el Criterio de

Barton-Bandis.


𝜑r

ángulo de fricción residual de la

superficie de falla

Limolita:32

Lutita:27

JRC coeficiente de rugosidad de la

discontinuidad

=3

JCS Resistencia al a compresión de la

pared de la discontinuidad

Familias

D1: 28 MPa

E1: 49 MPa

D2: 59 MPa

D3: 27 MPa

Expresión: 𝜏 = 𝜎𝑛𝑡𝑎𝑛 [𝐽𝑅𝐶 𝑙𝑜𝑔10 (𝐽𝐶𝑆

𝜎𝑛) + 𝜑𝑟]

107

Los parámetros de cohesión y ángulo de fricción calculados por software para cada

familia se resumen en la Tabla 57:

Tabla 57

Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción para las discontinuidades.

Familia Ángulo de

fricción

(𝝋)

Cohesión

MPa

D1 324/73

26,51 0,33

E1 112/41

32,23 0,37

D2 60/90

32,79 0,37

D3 312/46

26,46 0,33

Cabe recalcar que en este caso los resultados obtenidos tendrían una aplicación para un

estudio preliminar puesto que se requieren de ensayos de laboratorio para determinar las

propiedades reales de cada material, sin embargo, los valores determinados coinciden con el

rango de valores sugeridos en fuentes bibliográficas y de dos estudios geotécnicos realizados

en otros taludes en la misma carretera relativamente cerca del punto de interés.

Los valores de las propiedades geomecánicas de los materiales se resumen en la Tabla

58:

Tabla 58

Resumen de propiedades de la matriz rocosa y discontinuidades en el macizo rocoso del

talud 20+00.

Matr

iz r

oco

sa Litología Peso

específico

(𝐤𝐍 𝐦𝟑)⁄

RCS

(𝐌𝐏𝐚)

Ángulo

de

fricción

(𝝋)

Cohesión

(𝐌𝐏𝐚)

limolita *25,01 90 18,38

2,45

lutita

*22,12 29 9,54 1,23

108

Dis

con

tin

uid

ad

es

Familia

Peso

específico

(𝐤𝐍 𝐦𝟑)⁄

RCS

(𝐌𝐏𝐚)

Ángulo

de

fricción

(𝝋)

Cohesión

(𝐌𝐏𝐚)

D1 324/73

- 28 26,51 0,33

E1 112/41

- 49 32,23 0,37

D2 60/90

- 75 32,79 0,37

D3 312/46

- 27 26,46 0,33

Nota: Para el caso de las discontinuidades por efectos de cálculos (análisis cinemático) se tomó la familia que

presenta un menor valor en sus propiedades geomecánicas manteniendo un criterio conservador, siendo en este

caso la familia D3.

(*) Corresponden a datos bibliográficos.

7.2 Talud 35+200. (N° 2)

Geotécnicamente el talud en estudio se encuentra conformado por rocas ligera a

altamente meteorizadas correspondientes a limolitas de la Unidad Silante con potencia de 80

m, sobre estas se halla suelo residual y suelo saprolítico con potencia de 18 m.

Con esta consideración la Consultora León y Godoy en el año 2018 para la exploración

geofísica realizó sísmica de refracción, mediante dos líneas (LS-2) y (LS-3), que permitieron

determinar las velocidades longitudinales Vp y las velocidades de corte Vs (Ver Tabla 59). Se

determinó de esta manera la potencia de los estratos de material.

Tabla 59

Resultados de la sísmica de refracción.

Zona inestable de la abscisa 35+200

Línea

sísmica

Capa Vp

(𝒎 𝒔⁄ )

e

(𝒎)

Vs

(𝒎 𝒔⁄ )

e

(𝒎)

LS-2 Capa 1 337,0 1,0-7,0

Capa 2 793,0 ---

LS-3 Capa 1 326,0 10,0-

20,0

241,0 6,0-16,0

Capa 2 1039,0 --- 723,0 ---

Nota: Tomado de León y Godoy (2018).

109

Figura 65. Resultado de velocidades para las líneas sísmicas: a) velocidad longitudinal

línea LS-3, b) velocidad de corte línea LS-3, c) velocidad longitudinal línea LS-2.

Nota: Tomado de León y Godoy (2018).

c

a

b

110

Adicionalmente se realizó un sondeo (SD3-1) con perforación a rotación y recuperación

de testigo, que se complementó con los ensayos respectivos para determinar las propiedades

físicas del suelo como la humedad natural, granulometría, límites de Atterberg y así obtener la

clasificación SUCS para el material.

Con el objetivo de determinar la estabilidad del sitio critico se realizó además los

ensayos correspondientes para obtener la densidad, cohesión, ángulos de fricción y resistencia

a la compresión, parámetros esenciales para la estimación del factor de seguridad.

Dichos resultados fueron tomados del ya mencionado estudio de León y Godoy (2018)

y correlacionados, estos se encuentran representados en la estratigrafía del talud (pg.90).

El estudio de León y Godoy (2018) caracterizó las propiedades geomecánicas del suelo

(SR+SS) y de la porción de roca altamente meteorizada (RAM), sin embargo al pie del talud

con un potencia inferida de 30 m existe roca de ligera a medianamente meteorizada , por ende

presenta otras propiedades geomecánicas como mayor competencia, ángulo de fricción y

cohesión, resultando necesario determinar estas propiedades pues considerar a todo el macizo

rocoso bajo las propiedades de roca altamente meteorizada conlleva un error de criterio sobre

conservador que involucrará un sobredimensionamiento en el diseño de estabilidad.

Para caracterizar a la roca ligera a medianamente meteorizada (RLM) al no contar con

ensayos de laboratorio se procedió a ejecutar in-situ el ensayo del esclerómetro, siguiendo la

misma metodología empleada en el talud 20+00, determinando las propiedades de la matriz

rocosa y de las discontinuidades en esta porción de material.

Empleando el formato planteado para el talud anterior se levantó los datos en campo

del número de rebotes (𝑅𝑙) del martillo Schmidt y mediante correlación grafica con el peso

específico del material se obtuvo la resistencia a la compresión simple para matriz rocosa y

discontinuidades (Ver Anexo 4 y 5).

111

Los resultados de la estimación de resistencia a la compresión simple para matriz rocosa

en cada litología por correlación gráfica se presentan en la Tabla 60:

Tabla 60

Resumen de resistencia a la compresión simple para la matriz rocosa.

Estación Litología N° de

rebotes

(𝑹𝒍)

Peso

específico (𝒌𝑵 𝒎𝟑)⁄

RCS

(MPa)

1 Limolitas 36 21 50




De igual manera mediante el mismo procedimiento aplicado se estimó la resistencia a

la compresión de las cuatro familias de discontinuidades determinadas en el macizo rocoso.

Los valores estimados obtenidos de resistencia a la compresión simple para cada familia

de discontinuidades se resumen en la Tabla 61:

Figura 66. Ejecución del ensayo con esclerómetro en el talud de la abscisa 35+200 (a) matriz

rocosa en limolita, (b) discontinuidad en limolita

a

b

112

Tabla 61

Resumen de resistencia a la compresión simple para cada discontinuidad (JCS).

Familia Litología N° de rebotes

(𝑹𝒍)

Peso

específico

(𝒌𝑵 𝒎𝟑)⁄

JCS

(MPa)

D1

184/77

Limolitas 32 21

43

E1

113/22

Limolitas 23 21 33

D2

85/63

Limolitas 33 21 44

D3

233/65

Limolitas 19 21 31

Para determinar el ángulo de fricción y cohesión de la matriz rocosa se consideró el

Criterio Generalizado de Hoek & Brown siguiendo la metodología empleada en el talud 20+00

mediante software, teniendo como datos de entrada (Tabla 62):

Tabla 62

Datos de entrada al software para el caso de matriz rocosa empleando el Criterio

Generalizado de Hoek & Brown (2006).


sigci

resistencia a la compresión

simple

53 MPa

GSI 55

mi constante del material Limolita: 7

D factor de disturbacia 0,7

Expresión:

𝜎1 = 𝜎3 + 𝜎𝑐𝑖 [𝑚𝑏

𝜎3

𝜎𝑐𝑖+ 𝑠]

𝑎

𝑚𝑏: 0,591

𝑠: 0,0015

𝑎: 0,504

Nota: para el factor de disturbancia se tomó en consideración para talud con excavación mecánica.

Los valores de las constantes 𝑚𝑏 , 𝑠, 𝑎 fueron determinadas por el software en base a los datos de entrada.

Los parámetros de cohesión y ángulo de fricción calculados para matriz rocosa resumen

en la Tabla 63:

113

Tabla 63

Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción de la matriz rocosa (RLM).

Litología Descripción Ángulo de

fricción

(𝝋)

Cohesión

MPa

Limolitas

(RLM)

matriz 22,25 1,85

A su vez para determinar el ángulo de fricción y cohesión de cada familia se consideró

el Criterio de Barton-Bandis mediante software, teniendo como datos de entrada (Tabla 64):

Tabla 64

Datos de entrada al software para familias de discontinuidades empleando el Criterio de

Barton-Bandis.


𝜑r

ángulo de fricción residual de la

superficie de falla

Limolita:29

JRC coeficiente de rugosidad de la

discontinuidad =5

JCS Resistencia al a compresión de la

pared de la discontinuidad

Familias

D1: 43 MPa

E1: 33 MPa

D2: 44 MPa

D3: 31 MPa

Expresión:

𝜏 = 𝜎𝑛𝑡𝑎𝑛 [𝐽𝑅𝐶 𝑙𝑜𝑔10 (𝐽𝐶𝑆

𝜎𝑛) + 𝜑𝑟]

Los parámetros de cohesión y ángulo de fricción calculados para cada familia se


Tabla 65

Resumen de datos obtenidos para cohesión y ángulo de fricción para cada familia.

Familia Ángulo de

fricción

(𝝋)

Cohesión

MPa

D1

184/77

29,10 0,59

E1

113/22

28,52 0,58

114

D2

85/63

29,10 0,59

D3

233/65

28,39 0,58

La información obtenida por el autor fue complementada por la información

proporcionada en el estudio de León y Godoy (2018) estableciendo las propiedades de los

materiales en el talud 35+200 (Tabla 56):

Tabla 66

Resumen de propiedades de los materiales que conforman el talud 35+200.

Material

Descripción

Peso

específico

(𝐤𝐍 𝐦𝟑)⁄

RCS

(𝐌𝐏𝐚)

Ángulo de

fricción

(𝝋)

Cohesión

(𝐌𝐏𝐚)

SR+SS

(suelo)

suelo residual y

suelo saprolítico

14,7 *0,1-0,25 18 0,045

RAM

(limolitas)

matriz 21 33 32

0,095

RL

(limolitas)

matriz 21 53 22,25 1,85

RL

(limolitas)

discontinuidad

D1 324/73

--- 43 29,10 0,59

E1 112/41

--- 33 28,52 0,58

D2 238/86

--- 44 29,10 0,59

D3 64/82

--- 31 28,39 0,58

Nota: Para el caso de las discontinuidades por efectos de cálculos (análisis cinemático) se tomó la familia que

presenta un menor valor en sus propiedades geomecánicas manteniendo un criterio conservador, siendo en este

caso la familia D3.

*El valor de resistencia a la compresión para el suelo fue determinada por índice de campo (S4: 0,1-0,25 MPa).

115

CAPÍTULO VIII

8. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE

Factor de seguridad previo al diseño.

Para el cálculo del factor de seguridad se tomó en consideración el escenario en

condiciones estáticas y pseudoestáticas, siguiendo la metodología planteada por la NEC-SE-

DS 2015:

8.1 Zonificación sísmica.

La Norma Ecuatoriana de Construcción (NEC,2015) categoriza seis zonas sísmicas en

el Ecuador mediante el factor Z que corresponde a una fracción de la aceleración de la

gravedad, como la aceleración máxima que se espera en caso de un sismo.

De acuerdo al mapa de zonas sísmicas, los taludes en estudio se encuentran dentro la

Zona V (0,40), categorizada como de peligro sísmico alto como se presenta en la Tabla 67.

Tabla 67

Determinación del factor Z de acuerdo a la zona sísmica del área de estudio.

Figura 67. Mapa Para Diseño Sísmico. Fuente: NEC, 2011.

116

Nota: recuperado de NEC-SE-DS, 2015.

8.2 Aceleración sísmica horizontal.

Se calcula como el 60% de la aceleración máxima de acuerdo a la NEC-SE-DS 2015,

mediante la expresión:

𝑘ℎ = 0,6(𝑎𝑚𝑎𝑥) Donde:

𝑘ℎ: Componente horizontal del sismo

𝑎𝑚𝑎𝑥: Aceleración máxima

Para la aceleración máxima se emplea la siguiente expresión:

𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝑍 x 𝐹𝑎 Donde:

𝑍: Factor de zonificación sísmica

𝐹𝑎: Coeficiente de amplificación del suelo

La NEC-SE-DS (2015) propone el factor 𝐹𝑎 para la caracterización del perfil del suelo,

en seis categorías (A, B, C, D, E, F), que abarcan suelos y roca en base a sus propiedades

geomecánicas como son: resistencia al corte (Su), humedad (W), índice de plasticidad (IP),

velocidad de onda transversal (Vs), resistencia a la penetración (NSPT).

Para el caso del talud de la abscisa 20+00 conformado por roca se escogió el perfil tipo

B correspondiente a roca de rigidez media, teniendo en cuenta que se trata de una secuencia de

lutitas y limolitas, ligera a medianamente meteorizadas.

Para el talud de la abscisa 35+200 se tomó en consideración el perfil tipo C, al estar

conformado por roca ligera a altamente meteorizada y suelo, que cumple con las características

de NSPT ≥50 y 760 m/s>Vs ≥760 m/s de acuerdo a la Tabla 68.

117

Tabla 68

Determinación de los perfiles de suelo para los taludes de las abscisas 20+00 y 35+200.

Para determinar el coeficiente de amplificación del suelo 𝐹𝑎 , se relaciona la zona

sísmica identificada para la toda la zona de estudio y los perfiles de suelo correspondiente a

cada talud mediante la Tabla 69:

Nota: Recuperado de NEC-SE-DS, 2015.

118

Tabla 69

Determinación del factor 𝐹𝑎 : a) talud de la abscisa 20+00 y b) talud de la abscisa 35+200.

a)

b)

Nota: Recuperado de NEC-SE-DS,2015.

El Factor 𝐹𝑎 de acuerdo a la NEC-SE-DS, 2015 amplifica los valores del espectro de respuesta elástico

considerando los efectos de sitio, para diseño en roca.

8.3 Aceleración sísmica vertical.

Se calcula como una fracción de la aceleración sísmica horizontal correspondiente a los

2/3 (NEC-SE-DS ,2015), mediante la expresión:

𝑘𝑣 ≥2

3 𝑘ℎ

Tabla 70

Cálculo de la aceleración sísmica horizontal y vertical para los taludes en estudio.

Talud 20+00 Talud 35+200

𝑍: Factor de zonificación

sísmica

0,4 0,4

𝐹𝑎: Coeficiente de

amplificación del suelo

1,0 1,2

𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝑍 x 𝐹𝑎

0,4 0,48

𝐹𝑎= 1

𝐹𝑎= 1,2

119

Aceleración sísmica horizontal

𝒌𝒉 = 𝟎. 𝟔(𝒂𝒎𝒂𝒙)

0,24 0,28

Aceleración sísmica vertical

𝒌𝒗 ≥𝟐

𝟑 𝒌𝒉

0,16 0,18

8.4 Coeficiente de Presión de Poros (Ru).

Para el caso del talud de la abscisa 20+00 constituido por rocas, se encuentra en

condiciones relativamente secas, pero considerando el agua de escorrentía en base a Gonzáles

de Vallejo et al. (2002), que recomienda un valor de 0 a 0,5 para rocas, se estableció un valor

de 0,2.

Para el talud abscisa 35+200 conformado por roca y suelo, se encuentra en condiciones

relativamente húmedas, determinando para la porción correspondiente al macizo rocoso un

valor de 0,25, y dada la naturaleza del material que constituye el suelo para mantener un criterio

conservador se ha seleccionado un valor de 0,5, de acuerdo a Gonzáles de Vallejo et al. (2002)

para suelos este valor varía de 0 a 1.

8.5 Cálculo del factor de seguridad.

El factor de seguridad se determinó mediante el software Slide V6.005 de Rocscince,

en el perfil A-B para el talud de la abscisa 20+00 y el perfil D-E correspondiente al talud de la

abscisa 35+200, considerando para el cálculo condiciones estáticas y pseudoestáticas, con los

valores 𝑘ℎ y 𝑘𝑣 determinados en la Tabla 70, de acuerdo a lo establecido por la NEC-SE-DS

(2015).

Tomando en consideración la aplicación de diseño de este estudio se deberá cumplir

con un factor de seguridad mínimo en condiciones estáticas de 1,5 y en condiciones

psuedoestáticas de 1,05 en cumplimiento con la NEC-SE-DS (2015), correspondiente a obras

permanentes, al tratarse de un proyecto vial. Se tiene en consideración que en ninguno de los

120

dos taludes existe carga aplicada pues el tránsito de vehículos se da al pie de los mismos y no

existe infraestructura en la corona de ambos.

8.5.1 Talud de la abscisa 20+00.

En la Tabla 71 se resumen los datos de entrada en el software para el cálculo del factor

de seguridad en el talud de la abscisa 20+00:

Tabla 71

Datos de entrada del material para el análisis por software.

Material Peso

específico

(𝐤𝐍 𝐦𝟑)⁄

Ángulo

de

fricción

(𝝋)

Cohesión

(𝐤𝐏𝐚)

Coeficiente

de presión

de poro

Ru

limolita *25,01 18,38

2450 0,20

lutita

*22,12 9,54 1230 0,20

Suelo residual y

suelo saprolítico

17,49 9,00 29,42 0,20

Los resultados del correspondiente análisis de acuerdo a los métodos establecidos para

el talud de la abscisa 20+00 se presentan en la Tabla 72:

Tabla 72

Factores de seguridad calculados en condiciones estáticas y pseudoestáticas para el talud de

la abscisa 20+00.

Método

Factor de Seguridad

Condición

estática

Condición

pseudoestática

Bishop simplificado 11,59 6,93

Janbu simplificado 11,54 6,70

Spencer 11,59 7,82

GLE/Morgenstern Price 11,59 6,92

Nota: (*) corresponden a datos bibliográficos.

121

Figura 68. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Bishop Simplificado.

Figura 69. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Janbu Simplificado.

122

Figura 70. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Spencer.

Figura 71. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de GLE/Morgenstern Price.

123

8.5.2 Talud de la abscisa 35+200

Se resume en la Tabla 73 los datos de entrada en el software para el cálculo del factor

de seguridad en el talud de la abscisa 35+200:

Tabla 73

Datos de entrada del material para el análisis por software.

Material Peso

específico

(𝐤𝐍 𝐦𝟑)⁄

Ángulo de

fricción

(𝝋)

Cohesión

(𝐤𝐏𝐚)

Coeficiente

de presión

de poro

Ru

Suelo residual y

suelo saprolítico

17,49

18

44,1

0,50

RAM

(limolitas)

21

32

95

0,25

RM

21

*22,25

*1850

0,25

(limolitas)

Tabla 74

Factores de seguridad calculados en condiciones estáticas y pseudoestáticas para el talud de

la abscisa 35+200.

Método

Factor de Seguridad

Condición

estática

Condición

pseudoestática



Spencer 1,33 0,87

GLE/Morgenstern

Price

1,30

0,65

Nota: (*) estos valores fueron determinados por el autor, el resto fueron tomados de León y Godoy (2018).

124

Figura 72. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Bishop Simplificado.

Figura 73. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Janbu Simplificado.

125


Figura 75. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de GLE/Morgenstern Price.

126

8.6 DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

Talud 20+00.

La valoración del macizo rocoso en este punto de acuerdo al índice RMRbásico es de 47

puntos (Clase III, media), por el índice GSI de 45 (Clase III, regular), y del talud por el índice

SMR de 45 (Clase III, normal ), información que fue complementada con el respectivo análisis

cinemático el cual arrojó que no existe posibilidad de fallo, sumado con el análisis de equilibrio

límite que determinó factores de seguridad muy por encima de los mínimos de acuerdo a la

NEC 2015, permitieron determinar que no existe potencial de deslizamiento en el talud.

El problema radica en la erosión que presenta el talud, posiblemente por la actividad

antrópica en la fase de ampliación de la carretera, que se ve favorecida por agentes como el

agua y el viento especialmente, dadas las condiciones climáticas de la zona, cuya incidencia es

notable sobre el macizo que se halla muy diaclasado, generando el desplazamiento de material

con diversa granulometría hacia el pie del talud y la carretera, por tal las obras de mitigación

deberán estar orientadas a solucionar este problema.

Talud 35+200.

El sitio critico en cuestión está constituido en su base por macizo rocoso con potencia

de 80 m, sobreyacido por suelo con una potencia de 18 m. La caracterización del macizo rocoso

por el índice RMRcorregido dio una puntuación de 46 (Clase III, media), por el índice GSI de 55

(Clase III, regular), en este caso no se determinó el SMR dado que no existe posibilidad de

falla por control estructural de acuerdo al análisis cinemático realizado.

Mediante el análisis de equilibrio límite para todo el talud incluyendo roca y suelo se

tomó en consideración de acuerdo al estudio de León y Godoy (2018) geotécnicamente tres

materiales que conforman dicho talud (suelo residual + suelo saprolítico, roca altamente

meteorizada y roca ligeramente meteorizada), dando un factor de seguridad por debajo del

127

mínimo establecido por la NEC 2015 tanto en condiciones estáticas (GLE/Morgenstern

Price:1,30) como pseudoestáticas (GLE/Morgenstern Price:0,65), determinando también que

la superficie posible de falla se daría en el suelo y la roca altamente meteorizada, por tal motivo

el diseño de sostenimiento deberá enfocarse en estos dos materiales.

Un factor importante que incide en la inestabilidad del talud es el agua, pues de acuerdo

León y Godoy (2018) en esta zona se han registrado deslizamientos que de forma periódica

suelen reactivarse en épocas de gran pluviosidad, por tal el agua de escorrentía juega un papel

importante afectando principalmente a las capas superiores de suelo, que al saturarse desciende

por gravedad formando flujos de lodo y en su camino van arrastrando rocas e incorporándolas

al flujo, este parámetro importante deberá considerarse en el diseño de estabilidad.

128

CAPÍTULO IX

9. DISEÑO DE ESTABILIDAD

9.1 Talud 20+00.

El correspondiente análisis cinemático y de equilibrio límite arrojó que en el presente

talud no existe riesgo de fallo de peligrosidad. Sin embargo, en el talud el problema se centra

en la erosión por la pérdida de vegetación, lo que conlleva al desplazamiento de material de

diversa granulometría hacia la carretera, por ello la propuesta de diseño se centrará en resolver

este problema.

9.1.1 Saneo del talud.

En primera instancia se precisa del saneo de talud, desalojando la capa superficial de

material fragmentado, especialmente de los grandes clastos que marcan riesgo de

desprendimiento, tratando en lo posible de homogenizar la superficie.

a

b

b

a

Figura 76. a) Bloques de roca de 50 cm aprox.; b) Roca altamente fracturada con tamaño

aproximado de 10 cm; en el pie del talud se observa el material desprendido y depositado

por gravedad.

N

129

9. 1.2 Revegetación.

De acuerdo a Suárez (1988) la revegetación es uno de los procedimientos más efectivos

contra la erosión, además de su efecto de control del agua superficial y función de sostén del

material somero por el entramado de las raíces.

Para este estudio se consideró la revegetación del talud tomando en cuenta la existencia

de vegetación en los alrededores y en ciertas áreas del mismo.

La revegetación se realizará con plantas endémicas del sector de tipo arbusto, sin

embargo, dado el grado de erosión que presenta el talud se toma en consideración la colación

de geotextil tipo GEOMALLA C350V max conformada por fibra de coco y redes de polímero

(polipropileno), cuyas especificaciones técnicas se encuentran en el Anexo 11. De ser necesario

deberá colocarse una capa de suelo para desarrollo de la vegetación.

Las ventajas que ofrece la colocación de la geomalla son:

Las fibras de coco que conforman la matriz de la geomalla generan condiciones

favorables para el crecimiento de vegetación, además de mejorar el asentamiento de la

misma.

Debido al factor de cobertura de la fibra de coco (cerca de 90%) es más efectiva

reduciendo la erosión en etapas iniciales que otros materiales por sus propiedades.

a b

Figura 77. a) Estructura de la geomalla C350 V max; b) Colocación de la geomalla en talud.

Fuente: Catálogo Aquanea.

130

La triple malla de polipropileno aporta con resistencia que permite reforzar a la

vegetación, sirve como sostén y genera mayor resistencia a la tracción que otras

geomallas de acuerdo a la empresa fabricante Aquanea.

Por su configuración tridimensional reduce el movimiento del material subyacente en

el caso de suelos.

Para la instalación de la geomalla se tomará en cuenta las recomendaciones del Manual

de Técnicas de Estabilización Biotécnica en Taludes de Infraestructuras de Obras Civiles (IAS,

2014).

La geomalla deberá anclarse en la corona del talud (cota:2300 m.s.n.m.) mediante la

construcción de una zanja, cuyas dimensiones recomendadas son: 0,2 m x 0,2 m o 0,3

m x 0,3 m, fijándose con grapas formando una hilera distanciadas máximo a 0,50 m en

el fondo de esta.

Se desenrollará la geomalla de arriba hacia debajo de manera longitudinal, evitando

tensar la misma, con la consideración de que se debe procurar que este en contacto con

el material subyacente.

La fijación en la cara del talud se realizará mediante grapas, las cuales serán

seleccionadas de acuerdo a la dureza del material subyacente. Bon Terra Ibérica (2010)

recomienda configuraciones en la disposición de las grapas de acuerdo a la pendiente:

Figura 78. Configuración de instalación de grapas de acuerdo a la pendiente del talud

Fuente: Bon Terra Ibérica, 2010.

Nota: El talud en estudio se asemeja a la pendiente del tercer caso, por ende, se considerará dicha

configuración.

131

Los solapes de las tiras de geomalla tendrán mínimo 0,1 m en el perímetro de las

mismas, y los solapes entre malla y malla estarán fijados por grapas en hilera con

distancia máxima de 0,5 m.

Suárez (1988) menciona que la revegetación debe realizarse semanas anteriores a las

épocas de lluvia, en este caso corresponden a la temporada de septiembre-mayo de acuerdo a

IEE-MAGAP (2013), o puede implementarse un programa adecuado de riego en las primeras

etapas.

Para facilitar este proceso se consideró el empleo de la hidrosiembra, que se basa en la

proyección mediante una bomba de un componente semilíquido conformado por agua,

semillas, fertilizantes, y sustancias adherentes. De acuerdo a Suárez (2009) el empleo de esta

técnica favorece en un 20-25% la rapidez del desarrollo de la vegetación, además de que genera

un extendido con distribución más homogénea de las semillas en la superficie del talud.

Figura 79. Esquema referencial de instalación de geomalla y los parámetros recomendados.

Modificado del Manual de Estabilización y Revegetación de Taludes, 2014.

132

1898.11 𝑚2

Figura 80. Proceso de hidrosiembra.


Figura 81. Ortofoto del talud en la abscisa 20+00, se aprecia el área a revegetar :1898,11 𝑚2.

Nota: Ortofoto tomada con dron.

A =1898,11 𝑚2


133

9.1.3 Diseño de obras para control del agua.

Se propone como medida adicional la construcción de una cuneta de coronación con la

finalidad de controlar el agua de escorrentía en la cabecera del talud, además de evitar cualquier

posible afectación al geotextil que se ubicará en la cara del talud para revegetación del mismo.

Para la propuesta de drenaje se calculó el caudal de escorrentía mediante el Método

Racional Americano de acuerdo a la recomendación del MTOP para diseño de carreteras

(López, 2012), siendo este un método para el cálculo de caudales máximos teniendo como

suposición un evento de precipitación máxima en el que toda una cuenca se encuentra

aportando. El caudal de diseño se obtiene mediante la expresión:

𝑄 =𝐶. 𝐼. 𝐴

3600

Donde:

𝑄 = Caudal máximo recolectado (litros/s)

𝐶 = Coeficiente de escorrentía

𝐼 = Intensidad media de precipitación (mm/h)

𝐴 = Área de aporte (𝑚2)

El valor de C fue determinado mediante la tabla propuesta por la Japan Road Association

(Tabla 75), para talud conformado por roca entre blanda y dura se tomó un valor de 0,70:

Tabla 75

Valores empíricos de coeficiente de escorrentía (C).

Nota. Fuente: Japón Road Association, recuperado de Pulupa, 2015.

134

La intensidad media de precipitaciones fue considerada en base al anuario

meteorológico del INAHMI desde 1981-2010, con dicha información se elaboró un mapa de

isoyetas (Fig. 9), tomando una precipitación máxima con valor de 116,6 mm/h.

El área de aportación de aguas de escorrentía fue determinada mediante la realización

de un mapa de microcuencas hidrográficas en el software Arc Map versión 10.3 (Fig. 82) a

partir de curvas de nivel cada 20 m, siendo esta de 23945,16 𝑚2.

Tabla 76

Resumen de datos de entrada para el cálculo de caudal de diseño.

Coeficiente de

escorrentía

(C)

Intensidad de

precipitación

I

(mm/h)

Área de aporte

𝑚2

0.70 116,6 23945,16

De esta manera el caudal será:

Figura 82. Mapa de microcuencas para el sector del talud 20+00

Nota: Las flechas azules indican la dirección del agua de escorrentía.

23945,16 𝑚2


135


3600

𝑄 =(0,7)(116,6)(23945,16)

3600

𝑄 = 542,89𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠

𝑠= 0,54 𝑚3/𝑠

Tomando como velocidad de flujo referencial con criterio conservador de acuerdo a

Suárez (1988) que establece una velocidad mínima de 1,3 m/s, se consideró en este caso 2 m/s

(V), para evitar sedimentación, de esta manera se determina la sección de la cuneta (A):

𝐴 =𝑄

𝑉

𝐴 =0,54 𝑚3/𝑠

2 𝑚/𝑠

𝐴 = 0,27 𝑚2

Para el diseño de la geometría de la cuneta se tomó en consideración las

recomendaciones de Suárez (1988) (Tabla 77) y, tendiendo como dato en este caso la sección

de la cuneta determinada que es menor a la mínima establecida por este autor (0,30 𝑚2), sin

embargo, por criterio conservador se optará por una sección de diseño de 0,30 𝑚2 (Figura 86).

Tabla 77

Parámetros considerados para el diseño de la cuneta de coronación.

Parámetros de diseño

Parámetros

considerados

Parámetros

mínimos

recomendados

(Suárez, 1998)

Sección Trapezoidal Rectangular

Ancho de la zanja (𝑚) 0,6 0,6

Profundidad de la zanja (𝑚) 0,6 0,5

Distancia respecto al borde del

talud (𝑚)

3,5 3,0

Espesor del hormigón en la cuneta

(𝑚)

0,1 0,1

Espesor del hormigón en la corona

(𝑚)

0,5 0,5

Sección 𝑚2 0,30 0,30

136

La cuneta de coronación será impermeabilizada totalmente y se le dará una pendiente

media de 2% para evitar estancamiento de agua, la dirección de flujo será hacia el lado este de

la zona de interés, desembocando en una quebrada como se presenta en la Figura 84:

Figura 83. Dimensiones de diseño de la cuneta de coronación.

Figura 84. Vista en planta de la ubicación de la cuneta de coronación.


0.05

137

9.1.4 Volumen de material a remover.

El volumen de material a remover será relativamente bajo correspondiente al saneo del

talud, teniendo como dato previo la superficie: 1898,11 𝑚2, y considerando una profundidad

máxima de saneo de 0,40 m, se tendrá un volumen de 759,24 𝑚3(Fig. 85).

El material removido de diversa granulometría, será trasladado a la escombrera B1-C1

dispuesta por la empresa, ubicada a una distancia de 8,12 km (Fig. 86).

Vía

Figura 85. Modelado 3D del talud en la abscisa 20+00.

Figura 86. Distancia del sitio de interés a la escombrera B1-C1.

Fuente: Google Earth.

Área de saneo y revegetación

138

9.2 Talud 35+200.

Para el diseño de estabilidad se consideró un sistema combinado que abarca el cambio

de geometría mediante terraceo para el suelo (SS+SR) a partir de la cota 1810 m.s.n.m., que

permitirá reducir el peso en la corona del talud, y el empleo de pernos de anclaje para la roca

altamente meteorizada (RAM) en la cota 1765 m.s.n.m. como refuerzo en la zona baja de la

posible superficie de falla.

El diseño está enfocado en los materiales mencionados basándose en los resultados del

análisis de equilibrio límite que estableció que la rotura se generaría en los mismos por las

propiedades que presentan, por otro lado, al material catalogado como roca ligeramente

meteorizada (RLM) que se encuentra en la base del talud no se realizará ningún tipo de

intervención.

Se ha descartado la opción de terraceo en toda la zona de falla identificada, que abarca

roca altamente meteorizada y suelo, por motivos del volumen de material removido que se

generaría, sin mencionar los costos que implicaría, teniendo en cuenta la distancia de transporte

a la escombrera que es de 23,6 km

De esta manera para los parámetros de los bancos se consideró las pendientes sugeridas

de forma empírica por el Departamento de Carreteras de Japón (1998) (Tabla 78), dicha

geometría será puesta a prueba mediante el análisis de equilibrio límite con las propiedades

geomecánicas que presentan los materiales que conforman el talud en estudio.

Otro parámetro que tiene influencia en la altura de los bancos es la maquinaría

disponible, en virtud de eso se conjugó todos estos aspectos para determinar una geometría

adecuada de diseño para los bancos procurando generar el menor volumen de excavación por

aspectos económicos y ambientales.

139

Tabla 78

Pendientes típicas para taludes.

De acuerdo a la Tabla 78 para suelo arenoso, con una altura de corte de 5 a 10 m

teniendo en cuenta el alcance de la excavadora que dispone la empresa (Ver Anexo 6) se optó

por una pendiente de 1,2 H:1V.

Con estas consideraciones el ángulo y altura de talud determinados para el diseño se


Tabla 79

Parámetros de diseño de los bancos.

Material Ángulo de

banco

(𝜶)

Altura de

banco

(𝑯𝒃 )

Talud

SS+SR 40° 5 m 1,2 H:1V

Fuente: Departamento de Carreteras de Japón, 1998.

Nota. Los parámetros de banco determinados serán sujetos a comprobar mediante un

análisis de equilibrio límite.

-El ángulo del perfil del terreno natural para suelo varia de 45°- 60°.

140

9.2.1 Ancho de la plataforma de trabajo (𝑩𝒑𝒕)

Este parámetro fue determinado con la consideración de la operatividad de la

maquinaria tanto de arranque como de carguío, con consideraciones de seguridad aceptables.

Se empleó la expresión establecida por el Dr. H. Sosa (1987):

𝐵𝑝𝑡 = 𝐴 + 𝐶 + 𝑇 + 𝐵

Donde:

𝐵𝑝𝑡: Ancho de la plataforma de trabajo

𝐴: ancho del amontonamiento del material: 2,5 m

𝐶: ancho de la franja de la excavadora

𝑇: ancho de la vía

𝐵: berma de seguridad

9.2.3.1 Berma de seguridad (B)

Para el cálculo de la berma de seguridad se toma el valor de un tercio de la altura del

banco:

𝐵 =1

3𝐻𝑏

𝐵 =1

3(5)

𝑩 = 𝟏, 𝟔 𝒎

Figura 87. Perfil con obras de diseño del talud en la abscisa 35+200.

141

9.2.1.1 Ancho de la franja (C).

Para el ancho de la franja se toma en consideración el ancho de la excavadora mediante

catálogo, empleando la expresión:

𝐶 = (1,5 − 1,7)𝐴𝑒

Donde:

𝐴𝑒: Ancho de la excavadora determinando por catálogo

𝐶 = (1,5)(3,29)

𝑪 = 𝟒, 𝟗𝟑 𝒎

Figura 88. Dimensiones de la excavadora CAT 330 D2 L.

Fuente: Caterpillar.

142

9.2.1.2 Ancho de la vía (T).

Este parámetro toma en consideración las dimensiones de la maquinaría de transporte

del material, que fue determinado por catálogo, en este caso la empresa cuenta volquetas Hino

FM8JL7D-XG3 (Ver Anexo 7), calculado mediante la expresión:

𝑇 = 𝑎 (0,5 + 1,5𝑛)

Donde:

𝑇: Ancho de la vía

𝑎: ancho del vehículo: 2,49 m

𝑛: número de carriles de transporte: 1

𝑇 = 2,49 (0,5 + 1,5(1))

𝑻 = 4,98 𝑚

Los parámetros calculados de la plataforma de trabajo son sumados:

𝐵𝑝𝑡 = 𝐴 + 𝐶 + 𝑇 + 𝐵

Figura 89. Dimensiones de la volqueta FM8JL7D-XG3.

Fuente: Hino.

143

𝐵𝑝𝑡 = 2,5 + 4,93 + 4,98 + 1,6

𝑩𝒑𝒕 = 14,01 𝑚 ≈ 𝟏𝟒 𝒎

9.2.2 Ancho de la berma de resguardo en liquidación.

La berma de resguardo en liquidación fue estimada en base a las dimensiones de la cuneta

de desagüe, el ancho de la maquinaria en base a la excavadora y una distancia de seguridad, por

motivos de trabajos posteriores en el talud como son colocación de elementos adicionales de

contención y soporte, trabajos de limpieza y auscultación, etc.:

Los parámetros de diseño fueron:

𝐴𝑐: ancho de la cuenta :0,6 m

𝐴𝑒: ancho de retroexcavadora :2,20 m

𝐴𝑠: ancho del espacio de seguridad :0,5 m

Figura 90. Dimensiones de la plataforma de trabajo.

𝐴𝐵𝑟 = 𝐴𝑐 + 𝐴𝑒 + 𝐴𝑠

𝐴𝐵𝑟 = 0,6 + 2,20 + 0,5

𝑨𝑩𝒓 = 3,30 𝑚 ≈ 𝟑, 𝟓 𝒎

Figura 91. Dimensiones de la berma de liquidación

Nota. El ancho de la retroexcavadora fue determinado por catálogo (Anexo 8), siendo un equipo de

menores dimensiones, que servirá para mantenimiento y trabajos posteriores a la ejecución de bancos,

la empresa dispone de una Jhon Deere 310L

144

9.2.3 Cálculo del factor de seguridad post diseño.

El diseño propuesto de terraceo para el talud en cuestión fue puesto a prueba para

determinar si cumple con el factor de seguridad establecido de 1,05 en condiciones

pseudoestáticas y en condiciones estáticas de 1,5, teniendo como datos de entrada el nuevo

perfil topográfico y los datos de la Tabla 73, con la consideración adicional para este caso la

reducción de valor de coeficiente 𝑟𝑢 (coeficiente de presión de poros).

De esta manera se propone dos casos: el primero consiste únicamente en ejecutar

bancos en la fracción correspondiente a suelo (SS+SR) eliminando el peso de la corona y el

segundo consiste a más de la construcción de bancos en suelo (SS+SR), la colocación de los

pernos de anclaje en la roca altamente meteorizada (RAM).

Ambos casos serán sujetos al análisis de equilibrio límite mediante software a fin de

alcanzar la estabilidad del talud de acuerdo a la NEC 2015.

9.2.3.1 Caso 1.

Banqueo en suelo (SS+SR)

Para este caso se consideró el valor de 𝑟𝑢 para el suelo (SS+SR) de 0,1 debido a que

con el diseño del banqueo se propone la ejecución de cunetas de desagüe para control del agua

de escorrentía, los valores para roca altamente meteorizada (RAM) de 0,25, para roca ligera a

medianamente meteorizada (RLM) 0,25 se mantienen.

Los resultados de dicho análisis son resumidos en la Tabla 80:

Tabla 80

Factores de seguridad post diseño calculados en condiciones estáticas y pseudoestáticas.

Método

Factor de Seguridad

Condición

estática

Condición

pseudoestática Bishop simplificado 1,42 0,89


Spencer 1,42 0,90

145

GLE/Morgenstern Price

1,42

0,90

Figura 92. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Bishop

Simplificado.

Figura 93. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Janbu

Simplificado.

Figura 94. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de

Spencer.

146

El análisis de estabilidad de talud bajo los parámetros establecidos no cumple con los

factores de seguridad mínimos requeridos tanto en condiciones estáticas como pseudoestáticas

por lo tanto se descarta esta propuesta de estabilización.

9.2.3.2 Caso 2.

Banqueo en suelo (SS+SR) y colocación de pernos de anclaje en roca altamente

meteorizada (RAM).

Se consideró el valor de 𝑟𝑢 para el suelo (SS+SR) de 0,1, para roca altamente

meteorizada (RAM) de 0,1, debido a la ejecución de obras de desagüe para control del agua de

escorrentía que incluye una cuneta de coronación, cunetas en cada berma además de subdrenes

horizontales, cuyas especificaciones se encuentran en el apartado (9.2.4), el valor para roca

ligera a medianamente meteorizada (RLM) de 0,25 se mantiene.

Los parámetros de diseño previos para los pernos de anclaje se resumen a continuación:

Tabla 81

Parámetros de entrada de los pernos de anclaje para el análisis de equilibrio límite.

Parámetro Descripción

Tipo de Soporte Grouted Tieback (Amarre agrupado)

Longitud del perno 10 m

Angulo de inclinación -30°


GLE/Morgenstern Price.

147

Distancia entre pernos 3 m

Fuerza de Aplicación Activo

Capacidad de tensión 150 kN

Capacidad de Placa 150 kN

Distancia a lo largo de la

pendiente

3 m

Longitud de bulbo 5 m

Nota: Los parámetros establecidos en primera instancia con el fin de realizar el análisis de equilibrio límite serán

complementados con los parámetros de las propiedades de los materiales que constituyen los pernos de anclaje,

en el apartado (9.2.4).

Los resultados del análisis de equilibrio límite son resumidos en la Tabla 82:

Tabla 82

Factores de seguridad calculados en condiciones estáticas y pseudoestáticas.

Método

Factor de Seguridad

Condición

estática

Condición

pseudoestática



Spencer 1,67 1,057

GLE/Morgenstern

Price

1,67

1,056

Figura 96. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Bishop

Simplificado.

148

Figura 97. Cálculo del factor de seguridad en condiciones estáticas y pseudoestáticas con el Método de Janbu

Simplificado.



GLE/Morgenstern Price.

149

El correspondiente análisis de estabilidad determinó que esta propuesta de

estabilización cumple con los factores de seguridad establecidos de acuerdo a NEC 2015 es

decir para condiciones estáticas están por encima del 1,5 y condiciones pseudoestáticas son

mayores a 1,05, por tal motivo se optará por este diseño.

9.2.4 Diseño de pernos de anclaje.

Para el diseño de anclajes se puso en consideración los parámetros establecidos

anteriormente en la Tabla 81 para el análisis de equilibrio límite, y para las propiedades de los

materiales que constituirán la estructura de los mismos (Tabla 83) se determinaron en base a

la “Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carreteras”. (ATEP,

2001).

Tabla 83

Parámetros de diseño de anclajes.

Nota: Los parámetros establecidos tanto de geometría como de propiedades de los materiales fueron analizados y

calculados para su cumplimiento con la “Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de

carreteras” mediante una hoja de cálculo del Dr. Javier Torrijo. (Ver Anexo 9).

150

La disposición de los pernos de anclaje en la roca se consideró en tresbolillo con un

espaciamiento de 3 m, en 3 filas, que de acuerdo al análisis de estabilidad por equilibrio límite

funciona correctamente.

9.2.5 Diseño de obras de desagüe.

Para el presente diseño se consideró la construcción de una cuneta de coronación en la

cota 1835 m.s.n.m., con el objetivo de captar el agua de escorrentía y evitar que esta penetre

en el talud especialmente en la corona, constituida por suelo. Adicionalmente las obras de

drenaje abarcan las respectivas cuentas en cada berma con menores dimensiones.

Figura 100. Esquema referencial de las dimensiones consideradas de diseño para los diferentes

componentes de la estructura de los pernos de anclaje.

Figura 101. Disposición de los pernos de anclaje en tresbolillo en roca altamente meteorizada.

151

Para la propuesta de drenaje se calculó el caudal de escorrentía mediante el Método

Racional Americano siguiendo la metodología empleada en el talud 20+00 (N° 1).


3600

Donde:

𝑄 = Caudal máximo recolectado (litros/s)

𝐶 = Coeficiente de escorrentía

𝐼 = Intensidad media de precipitación (mm/h)

𝐴 = Área de aporte (𝑚2)

El valor de C fue determinado mediante la tabla propuesta de Japan Road Association

(Tabla 84), para talud conformado en su cabecera por suelo grueso, de 0,30:

Tabla 84

Valores empíricos de coeficiente de escorrentía (C).

La intensidad media de precipitaciones fue considerada en base al anuario

meteorológico del INAHMI desde 1981-2010, información que fue interpolada mediante un

mapa de isoyetas (Fig. 9), tomando como dato conservador una precipitación máxima con valor

de 175 mm/h.

Fuente: Japón Road Association, recuperado de Pulupa, 2015.

152

El área de aportación de aguas de escorrentía fue determinada mediante la realización

de un mapa de subcuencas hidrográficas (Fig. 102) a partir de curvas de nivel cada 20 m, siendo

esta de 49326,71 𝑚2.

Los datos de entrada para el cálculo del caudal de diseño se resumen en la Tabla 85:

Tabla 85

Resumen de datos de entrada para el cálculo de caudal de diseño.

Coeficiente de

escorrentía

(C)

Intensidad

precipitación

I

(mm/h)

Área de aporte

𝑚2

0,30 175 49326,71

De esta manera el caudal será:


3600

𝑄 =(0,3)(175)(40226,71)

3600

Figura 102. Mapa de microcuencas hidrográficas, se establece el área de aporte a de aguas de escorrentía en la

cabecera de la zona de inestabilidad, las flechas azules indican la dirección del agua de escorrentía.

49326,71𝑚2


153

𝑄 = 586,63𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠

𝑠= 0,58 𝑚3/𝑠

Tomando como velocidad de flujo referencial con criterio conservador de acuerdo a

Suárez (2009) que establece una velocidad mínima de 1,3m/s tomando en este caso 2 m/s, para

evitar sedimentación, de esta manera se determina la sección de la cuneta:

𝐴 =𝑄

𝑉

𝐴 =0,58 𝑚3/𝑠

2 𝑚/𝑠

𝐴 = 0,29 𝑚2

Para el diseño de la geometría de la cuneta se tomó en consideración las

recomendaciones de Suárez (1988) (Tabla 86), establecidas en el diseño de la cuenta de

coronación en el talud 20+00, tendiendo como dato en este caso la sección de la cuneta

determinada que es menor a la mínima establecida por este autor, sin embargo, por criterio

conservador se optará por una sección de diseño de 0,30𝑚2

Tabla 86

Parámetros considerados para el diseño de la cuneta de coronación.

Parámetros de diseño

Parámetros

considerados

Parámetros

mínimos

recomendados

(Suárez,1998)

Sección Trapezoidal Rectangular

Ancho de la zanja (𝑚) 0,6 0,6

Profundidad de la zanja (𝑚) 0,6 0,5

Distancia respecto al borde del talud (𝑚) 3,5 3,0

Espesor del hormigón en la cuneta (𝑚) 0,1 0,1

Espesor del hormigón en la corona (𝑚) 0,5 0,5

Figura 103. Dimensiones de diseño de la cuneta de coronación.

0.05

154

La cuneta de coronación será impermeabilizada totalmente y se le dará una pendiente

media de 2% para evitar estancamiento de agua y con ello no generar mayor inestabilidad.

Las cunetas para cada banco se ejecutarán con menores dimensiones que la cuneta de

coronación con la finalidad de recoger el agua de cada talud y conducirlas hacia el colector de

agua con disipador de energía hidráulica. Las dimensiones consideradas para este estudio se

presentan en la Figura 104:

9.2.4.1 Subdrenes horizontales de penetración (drenes californianos).

Como complemento del sistema de drenaje se consideró la colocación de drenes

horizontales comúnmente conocidos como drenes californianos, siendo necesario la ejecución

de perforaciones en los bancos. En el interior de las perforaciones se ubicará el respectivo dren

que puede ser un tubo perforado de PVC, polietileno o metal, cubierto por geotextil que actuará

filtro de partículas sólidas finas que taponen la tubería.

La propuesta de este sistema de subdrenaje tiene como objetivo la disminución del nivel

freático, lo que conlleva a reducción de la presión de poros aumentando la estabilidad del talud.

De acuerdo a Suárez (1988) la principal ventaja de este sistema radica en su rapidez y

simplicidad de instalación con resultados satisfactorios en el aumento de factor de seguridad.

Figura 104. Dimensiones de diseño de las cunetas de pie de talud.

155

En base a las recomendaciones de Suárez (2009) y en consideración de los parámetros

manejados por la Hidroequinoccio E.P. (Tabla 87) en la instalación de estos drenes en otros

sitios críticos se propone para el diseño las siguientes propiedades:

Tabla 87

Parámetros de diseño de los drenes californianos.

Parámetro Descripción

Tubería PVC

Diámetro externo de la tubería 50 mm

Diámetro interno de la tubería 60 mm

Diámetro de la perforación 75 mm

Longitud del dren 7 m

Material de recubrimiento del dren Geotextil MacDrain 2L

Ángulo de inclinación 3°

La disposición de los drenes en la cara del talud se realizará en tresbolillo, con una

distancia de 2,5 m cubriendo toda la superficie en el caso de los bancos en suelo, y para la roca

altamente meteorizada se considera una distancia de 3 m intercalándose con los pernos de

anclaje.

Figura 105. Vista frontal de la disposición de drenes californianos en los bancos (en SS+SR), y detalle de

diámetros de los mismos.

156

La profundidad de cada dren será de 7 m con un ángulo de inclinación de 3°, de acuerdo

a Suárez (1988) recomienda una inclinación de hasta 5° (Fig.107). Los parámetros establecidos

no interrumpen ni afectan a la cuneta de desagüe en la berma de cada talud.

El agua captada en las cunetas de las 5 bermas del diseño de estabilidad y de la cuneta

de coronación se conducirán hacia un bajante o canal con disipador de energía, en este caso se

consideró de tipo pantallas deflectoras. El objetivo de esta estructura es reducir la velocidad

Figura 106. Vista frontal de la disposición de drenes californianos (en RAM), se disponen intercalados con los

pernos de anclaje.

Figura 107. Vista en perfil de la disposición de los drenes californianos en los bancos en suelo, a la derecha se

aprecia el detalle.

157

del flujo de agua, transformando la energía cinética en calor, y reduciendo el efecto erosivo de

la misma.

De acuerdo a Cabezas (2019), el disipador de energía debe tener la capacidad necesaria

para abarcar los caudales de diseño de todas las cunetas de aporte mediante una suma de los

mismos, en este caso se tienen 5 cunetas de pie de talud y 1 cuenta de coronación, por tal

motivo se tendrá un caudal total de 3,48 𝑚3/𝑠 en el peor de los casos.

Aplicando la expresión propuesta por Villamarin (2013), para el cálculo del ancho de

disipador de energía (𝑎) denominado canal de pantallas deflectoras (CDPD), con un caudal (𝑄)

muy conservador de diseño de 3,48 𝑚3/𝑠 se tiene:

𝑎 = 0,905 ∗ 𝑄0,4

𝑎 = 0,905 ∗ (3,48)0,4

𝑎 = 1,49 𝑚 ≈ 1,50 𝑚 *El valor determinado, de acuerdo a Villamarin (2013), se considerará también como la altura del diseño en base

a dicha autora.

De esta manera para comprobar si estas dimensiones cumplen con las requeridas para

manejar el caudal establecido (Q), se empleó el software HCanales versión 3.0, teniendo como

datos de entrada el tirante (y=1,50 m), el ancho de la solera (T=1,50 m), el coeficiente de

rugosidad para el hormigón (n=0,013) y una pendiente de 2% recomendada por Villamarin

(2013).

Figura 108. Cálculo del caudal posible de manejo a partir de las

dimensiones de diseño de disipador de energía consideradas.

158

El correspondiente análisis arrojó que con las dimensiones propuestas de alto y ancho

de disipador de energía se puede manejar un caudal de 3,77 𝑚3/𝑠 , frente al estimado de

3,48𝑚3/𝑠, no siendo excesivo y dejando un cierto margen de seguridad, por tal motivo se

establecieron estas dimensiones para el diseño, y continuando con la aplicación de los criterios

propuestos por Villamarin (2013), a partir del cálculo del ancho del canal se determinaron el

resto de parámetros que intervienen como son las dimensiones de las pantallas deflectoras:

a

b

Figura 109. Dimensiones de diseño de disipador de energía mediante pantallas deflectoras: a) vista en planta,

b) sección transversal.

a

b

Figura 110. Vistas del disipador de energía a) vista lateral; b) vista en perspectiva caballera.

159

9.2.6 Medidas contra la erosión y consideraciones adicionales.

Como medida contra la erosión para el banco que conecta con la corona del talud por

encontrarse en la zona de mayor alteración se ha considerado la aplicación de geotextil de tipo

GEOMALLA C350V max, el mismo que se estableció para el talud de la abscisa 20+00,

empleando la misma metodología para su instalación.

Se seleccionó este geotextil por su estructura de triple red de fibras de polipropileno,

garantizando un buen soporte para el suelo, además dispone de una red de fibra de coco que

facilita el desarrollo de la revegetación con plantas endémicas.

La superficie a cubrir por le geotextil es aproximadamente: 333,98 𝑚2

Figura 111. Vista en planta de las obras de drenaje propuestas en el diseño.

Figura 112.Geotextil ubicado en la corona del talud de la abscisa 24+880 de la

carretera Calacalí-La Independencia.


160

Adicionalmente se propone para el diseño como medida preventiva de manera opcional

la colocación de malla hexagonal de triple torción en la superficie conformada por roca

altamente meteorizada (de la cota:1765 m.s.n.m. hasta la cota:1810 m.s.n.m.), el objetivo de la

misma es prevenir de cualquier desprendimiento de roca importante, siendo esta una opción

relativamente económica y efectiva para este tipo de aplicaciones, y lo suficientemente

permeable para garantizar el drenaje. Las especificaciones técnicas de la malla se encuentran

en el Anexo 10.

La superficie aproximadamente es de: 5091,20 𝑚2.

9.2.7 Volumen de material a remover.

Con la ejecución de los bancos en material correspondiente a suelo residual y suelo

saprolítico se generará un volumen de excavación de 15384,57 𝑚3. Este valor fue determinado

con el software Civil 3D 2018 por el método de las secciones.

Figura 113. Colocación de malla de triple torción.


Figura 114. Modelado 3D del talud en la abscisa 35+200: a) Talud prediseño b) Talud post diseño, se aprecia la

ejecución de bancos.

a

b

Vía

Bancos

Vía

161

El material excavado se depositará en la escombrera B1-C1 designada por la empresa,

a una distancia de 23,6 km, siendo una distancia considerablemente larga lo recomendable sería

buscar un sitio más cercano, sin embargo, para efectos de este diseño se adoptará dichas

disposiciones.

Figura 115. Distancia del sitio de interés a la escombrera B1-C1.

Fuente: Google Earth.

162

CAPÍTULO X

10. AUSCULTACIÓN DE TALUDES

El diseño de estabilidad de un talud pese a los resultados y análisis correspondientes

previos puede no ser efectivo en su totalidad por diversos agentes que en el tiempo afecten

negativamente a la estabilidad del talud (IGME, 1993), siendo recomendable hacer el

respectivo seguimiento que evalué el comportamiento del mismo posterior al diseño, es decir

una adecuada auscultación para garantizar la seguridad, más aún si se trata de un proyecto vial.

Para este proyecto se ha seleccionado el método de control topográfico que permite

medir movimientos verticales y horizontales, siendo este un método de auscultación superficial

de amplia aplicación por las ventajas que ofrece como son: simplicidad en su instalación, toma

y procesamiento fácil de datos, además de bajos costos en relación a otros métodos (Suárez,

2009).

El método se basa en la ubicación en el talud de puntos topográficos mediante mojones,

distribuidos con criterio geotécnico de acuerdo a las zonas más susceptibles a fallamiento, a

partir de los cuales se realizará las correspondientes mediciones periódicas con un instrumento

de presión, que será una estación total, de esta manera el procesamiento de las mediciones

permitirá tener un registro histórico de las deformaciones (Cabezas, 2019), y determinar las

medidas correspondientes en caso de requerirlo.

10.1 Equipo e instrumentación.

Para la propuesta de auscultación se precisa de:

Tabla 88

Equipo e instrumentación para auscultación.

Equipo Instrumentación Materiales

Estación total Prismas

GPS de

precisión

Mojones de

hormigón

163

Los mojones deben cumplir con una serie de requerimientos en cuanto a su construcción

(Ver Tabla 89) de acuerdo a Duque & Escobar (2002), que involucra un cuerpo de hormigón

con una varilla de acero en el centro de longitud superior al cuerpo:

Tabla 89

Parámetros de los mojones.

Se recomienda que los mojones sean prefabricados, por cuestiones de facilidad de

instalación en los respectivos sitios.

Adicionalmente se requiere de la construcción de una o más plataformas pequeñas de

hormigón para ubicación de la estación total como punto fijo destinado para la toma de medidas

por facilidad y estabilidad de la misma. Las plataformas se ubicarán en un sitio estratégico para

poder visualizar los puntos en cada mojón, teniendo en cuenta la zona de inestabilidad.

Figura 116. Dimensiones de los mojones.

Fuente: Modificado de Duque & Escobar, 2002.

164

Las mediciones deberán ser periódicas, de tal manera que se propone para los tres

primeros años que el control se realice de forma trimestral, de acuerdo a Duque y Escobar

(2002) en este periodo se podrán desarrollar las mayores deformaciones. Posterior al tercer año

las mediciones de control se ejecutarán de manera semestral. Frente a cualquier evento

inesperado como un sismo será importante realizar un control de inmediato.

10.2 Distribución de los puntos a auscultar.

La ubicación y el número de mojones se consideraron con criterio geotécnico en cada

caso, evitando cualquier afectación a las obras de diseño para la estabilidad de los mismos:

10.2.1 Talud 20+00.

Para este talud se consideró la ubicación de cuatro mojones en la zona de interés,

teniendo en cuenta que en la cara del mismo se ubicará geotextil para la revegetación, por tal

motivo se evitará su afectación, además de que este talud en teoría no presenta inestabilidad

como tal, basados en el análisis cinemático y de equilibrio límite, pero por cuestiones de

seguridad con criterio conservador se pone en manifiesto esta propuesta (Tabla 90).

Tabla 90

Ubicación de los mojones y puntos de observación en el talud 20+00.

Punto Descripción Coordenadas

WGS-84, UTM

Longitud

(m) Latitud

(m) Elevación

(m.s.n.m.)

1 Punto de observación 768448,30 10001100,40 2249,0


3 Mojón 768465,90 10001020,90 2299,0

4 Mojón 768440,50 10001028,20 2282,0

5 Mojón 768453,80 10001046,80 2279,0

6 Mojón 768428,00 10001041,10 2267,0

7 Mojón 768428,20 10001012,80 2271,0

8 Mojón 768469,00 10001046,40 2286,0

Nota: Se ha considerado dos puntos fijos para observación a los extremos de la zona de interés

pues de existir algún evento en esta zona no se verán afectados, además de permitir mayor

facilidad en las mediciones.

165

10.2.2 Talud 35+200.

Para este talud se consideró dos mojones en la corona, uno en cada banco, y adicionalmente

ocho mojones distribuidos en la zona de inestabilidad, cinco de los cuales se ubican en RAM (Tabla

91).

Tabla 91

Ubicación de los mojones y puntos de observación en el talud 35+200.

Punto Descripción Coordenadas

WGS-84, UTM

Longitud

(m) Latitud

(m) Elevación

(m.s.n.m.)



3 Mojón 759094,80 10003022,28 1834,0

4 Mojón 759049,21 10003031,90 1834,0

5 Mojón 759080,36 10003035,63 1829,0

6 Mojón 759064,91 10003047,76 1824,0

7 Mojón 759095,79 10003051,31 1819,0

8 Mojón 759060,22 10003064,08 1814,0

9 Mojón 759100,61 10003068,82 1810,0

Figura 117. Distribución de mojones y puntos de observación en el talud de la abscisa 20+00.

166

10 Mojón 759058,61 10003090,70 1808,0

11 Mojón 759121,14 10003089,03 1793,0

12 Mojón 759089,73 10003110,56 1784,0

13 Mojón 759064,18 10003137,25 1773,0

14 Mojón 759126,99 10003122,30 1769,0

15 Mojón 759106,57 10003144,04 1752,0

16 Mojón 759146,00 10003140,66 1746,0

17 Mojón 759065,64 10003172,05 1742,0

18 Mojón 759040,13 10003131,10 1784,0

19 Mojón 759157,60 10003106,23 1788,0

Nota: Se ha considerado dos puntos fijos para observación a los extremos de la zona de interés pues de existir

algún evento en esta zona no se verán afectados, además de permitir mayor facilidad en las mediciones.

Figura 118. Distribución de mojones y puntos de observación en el talud de la abscisa 35+200.

167

CAPÍTULO XI

11.1 PARÁMETROS ECONÓMICOS

11.1.1 Maquinaría disponible.

Para la ejecución del diseño de estabilidad, la empresa dispone de la siguiente

maquinaría:

Tabla 92

Maquinaría disponible de la empresa.

Maquinaría Marca-Serie Número Capacidad

(𝒎𝟑)

Excavadora Caterpillar 330D2 2 1,54

Volqueta Hino FM8JL7D-XG3 5 8,00

Pala cargadora Caterpillar 910M 1 1,90

En base a lo características técnicas de la maquinaría y las condiciones del trabajo se

procedió a calcular los respectivos rendimientos (Tabla 93):

Tabla 93

Cálculo del rendimiento de la maquinaría.

Parámetro Unidad Maquinaría

Volqueta

Hino

FM8JL7D-XG3

Excavadora

CAT- 330D2

Pala cargadora

CAT- 910M

Q: capacidad 𝑚3 8,00 1,54 1,90

D: distancia de

operación 𝑚 Talud 20+00

8,12km

Talud 35+200

23,6 km

10,0 20,0

F: factor de carga 0,90 0,90 0,90

f: factor de

conversión del

suelo

Suelo:0,89

Roca:0,72

Suelo:0,89

Roca:0,72

Suelo:0,89

Roca:0,72

E: factor de

eficiencia

0,95 0,80 0,80

𝑡𝑓: tiempo fijo

en ciclos,

carga - descarga

𝑡𝑓 = 𝑇𝑐 + 𝑇𝑑

𝑇𝑑: se considera

1 min.

𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑐 = 3,5 𝑚𝑖𝑛

𝑇𝑑 = 1,0 𝑚𝑖𝑛

𝑡𝑓 = 4,5 𝑚𝑖𝑛

Nota: La capacidad de la maquinaría por catálogo se presentan en los Anexos 1,2,3.

168

T: tiempo total

del ciclo, período

𝑚𝑖𝑛 0,60 0,60

Vm: velocidad

media

𝑘𝑚/ℎ 50,0

Observaciones


Material Roca ligeramente meteorizada Suelo residual y saprolítico

Distancia a la

escombrera

8,12 km 23,6 km

Rendimiento 𝑚3/ℎ 𝑅 =𝑄. 𝐹. 𝑓. 𝐸

𝑡𝑓60

+2𝐷

𝑉𝑚. 1000

𝑅 =𝑄. 𝐹. 𝑓. 𝐸. 60

𝑇 𝑅 =

𝑄. 𝐹. 𝑓. 𝐸. 60

𝑇

Talud 20+00

𝑅 =8. 0,9. 0,72. 0,95

4,560

+2. 812050.1000

Talud 20+00

𝑅 =1,54. 0,9. 0,72.0,8.60

0,6

Talud 20+00

𝑅 =1,90.0,9.0,72.0,8.60

0,6

Talud 35+200

𝑅 =8,0. 0,9. 0,89. 0,95

4,560

+2. 2360050.1000

Talud 35+200

𝑅 =1,54. 0,9. 0,89.0,8.60

0,6

Talud 35+200

𝑅 =1,90.0,9.0,89.0,8.60

0,6

Talud 20+00

R=12,31

Talud 35+200

R=5,97

Talud 20+00

R=77,61

Talud 35+200

R=98,68

Talud 20+00

R=95,76

Talud 35+200

R=121,75

Número de

unidades

u Talud 20+00

2

Talud 35+200

3

Talud 20+00

1

Talud 35+200

1

Talud 35+200

1

Rendimiento

del equipo 𝑚3/ℎ Talud 20+00

Re= 2(12,31) = 24,63

Talud 35+200

Re= 3(5,97) = 17,92

Talud 20+00

Re= 1(77,61) = 77,61

Talud 35+200

Re= 1(98.68) = 98,68

Talud 35+200

Re= 1(121,75) = 121,75

En base a este análisis se ha determinado un rendimiento mínimo de la maquinaría en

consideración al transporte y desalojo de material para el talud 20+00 de 24,5 𝑚3/ℎ y para el

talud 35+200 de 17,5 𝑚3/ℎ.

11.1.2 Tiempo de remoción de material.

Para este cálculo se consideró el volumen total de material a remover por cada talud, y

los respectivos rendimientos mínimos de la maquinaría.

169

Tabla 94

Tiempo estimado de remoción de material.


Horas de extracción

𝐻𝑒𝑥𝑡 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜

𝐻𝑒𝑥𝑡 =759,24 𝑚3

24,5 𝑚3/ℎ

𝑯𝒆𝒙𝒕 = 𝟑𝟎, 𝟗𝟖 h

𝐻𝑒𝑥𝑡 =15384,57 𝑚3

17,5 𝑚3/ℎ

𝑯𝒆𝒙𝒕 = 𝟖𝟕𝟗, 𝟏𝟏 h

Días de extracción

𝐷𝑒𝑥𝑡 =𝐻𝑒𝑥𝑡

𝐷í𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠

𝐷𝑒𝑥𝑡 =30,98 ℎ

8 ℎ/𝑑𝑖𝑎

𝑫𝒆𝒙𝒕 = 3,87 días

𝐷𝑒𝑥𝑡 =879,11 ℎ

8 ℎ/𝑑𝑖𝑎

𝑫𝒆𝒙𝒕 = 109,88 días

11.1.3 Mano de obra.

Se considerará el salario y el factor real de pago (FR) del personal para la ejecución del

proyecto en base a los valores propuestos por Cabezas (2019) de acuerdo a lo establecido por

el Ministerio del Trabajo se resume en la Tabla 95:

Tabla 95

Personal requerido para la ejecución del proyecto y parámetros económicos.

Personal Salario mínimo

($)

Salario Nominal

($/día)

Factor real de

pago

(FR)

Ingeniero 1200,00 39,47 1,84

Operador de

maquinaria

511,24 16,15 1,90

Jornalero 429,52 14,12 1,92

Nota: Tomado de Cabezas (2019) en base a cálculos hechos para el año 2019.

11.1.4 Costo horario de maquinaría.

El costo horario de la maquinaría fue determinado en base a las características técnicas,

precio original por catálogo y condiciones de trabajo, abarca los costos de operación y

administración, costos de combustibles e insumos, costos de mantenimiento.

Para esto se valió de una hoja de cálculo, considerando la maquinaría con la que dispone la

empresa (excavadoras, palas cargadoras y volquetas):

Nota: Se ha considerado 8 horas laborables al día.

170

1. DATOS SOBRE LA MAQUINARIA

A Datos sobre la maquinaria

Nombre Pala cargadora

Modelo CAT 910 M

B Características técnicas

Potencia (hp) 100

Energía Diesel

C Valor original

Vo

$100.000,00

D Orugas

Costo del set 4000

Vida útil (horas) 2000

E Aditamentos de recambio

Costo del set 0


F Condiciones de trabajo

FC 1,1

G Valor residual

Vr -

H Vida útil

Vu (h) 30000 horas

15 años

I Interés

i 0%

J Seguros

s 2%

2. COSTO DE PROPIEDAD

A Costo de depreciación

D $ 3,33 $/hora

B Costo de capital

I.M.A $ 53.333,33

Cc - $/hora

C Costo de seguro

Cs $ 0,53 $/hora

SUBTOTAL 2 $ 3,87

3. COSTO DE FUNCIONAMIENTO

A Energía

Diesel 4,16 $/hora

B Filtros, lubricantes, aceite, grasa, otros

Fl 2,49 $/hora

C Costo de neumáticos

Cn 2,2 $/hora

D Costo de mantenimiento

Cn $ 3,83 $/hora

E Piezas de recambio

Pr - $/hora

F Costo operador

Co 3,819 $/hora

SUBTOTAL 3 $ 16,50 $/hora

SUMA DE 2 Y 3 $ 20,37 $/hora

4 Administración (% del subtotal)

Ad $ 2,04 $/hora

5 COSTO HORARIO

Ch $ 22,41 $/hora

171



Nombre Volqueta

Modelo Hino

FM8JL7D-XG3


Potencia (hp) 276

Energía Diesel

C Valor original

Vo

$90.000,00

D Neumáticos

Costo del set 3000



Costo del set 0



FC 1

G Valor residual

Vr -

H Vida útil

Vu (h) 30000 horas

15 años

I Interés

i 0%

J Seguros

s 2%



D $ 3,00 $/hora

B Costo de capital

I.M.A $ 48.000,0

Cc - $/hora

C Costo de seguro

Cs $ 0,48 $/hora

SUBTOTAL 2 $ 3,48


A Energía

DIESEL 11,48 $/hora


Fl 2,30 $/hora


Cn 3,3 $/hora


Cn $ 3,45 $/hora


Pr - $/hora

F Costo operador

Co 3,819 $/hora


SUMA DE 2 Y 3 27,83 $/hora


Ad $ 2,78 $/hora

5 COSTO HORARIO

Ch $ 30,61 $/hora

172



Nombre Excavadora

Modelo CAT 330 D2


Potencia (Hp) 213

Energía Diesel

C VALOR ORIGINAL

Vo

$150.000,00

D Orugas

Costo del set 12000



Costo del set 0



FC 1,1

G Valor residual

Vr -

H Vida útil

Vu 30000 horas

15 años

I Interés

i 0%

J seguros

s 2%



D $ 5,00 $/hora

B Costo de capital

I.M.A $ 80.000,0

Cc - $/hora

C Costo de seguro

Cs $ 0,80 $/hora

SUBTOTAL 2 $ 5,80


A Energía

Diesel 8,86 $/hora


Fl 2,26 $/hora


Cn 3,3 $/hora


Cn $ 5,75 $/hora


Pr - $/hora

F Costo operador

Co 3,819 $/hora


SUMA DE 2 Y 3 29,79 $/hora


Ad $ 2,98 $/hora

5 COSTO HORARIO

Ch $ 32,77 $/hora

173

11.1.5 Costos unitarios por actividad.

11.1.5.1 Saneo de talud.

Este rubro se determinó para el talud 20+00, considerando como maquinaría una

excavadora y dos volquetas.

Tabla 96

Costo unitario para el saneo.

PROYECTO: Estabilización de taludes en las abscisas 20+00 y 35+200 de la

Carretera Mitad del Mundo-La Independencia Rubro 1

ACTIVIDAD: Saneo de talud Unidad: $/m3

A. Equipo N0 de Unidades Costo Horario Costo Unitario

Excavadora 1,000 $ 32,77

$ 32,77

Volqueta 2,000 $ 30,61

$ 61,22

TOTAL A $ 93,99

B. Mano de

Obra N0 de Personal

Salario

Nominal F. R Costo Unitario

Ayudante 1,0 $

1,77 1,92 $ 3,40

TOTAL B $ 3,40

C. Rendimiento del equipo (m3/h) 24,20 Costo

Horario A+B $ 97,39 $/h

D. Costo Unitario sin materiales ni insumos (A+B)/C $ 3,98 $/m3

E. Materiales e

Insumos Unidad Costo Cantidad Costo Unitario

TOTAL E $

- $/m3

F. Costo Directo=D+E $ 3,98 $/m3

G. Costo Indirecto

Administración (10% F) $ 0,40

Imprevistos (5% F) $ 0,20

TOTAL G $ 0,60 $/m3

H. Costo Unitario=F+G $ 4,57 $/m3

Observaciones 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑠𝑎𝑛𝑒𝑜 = 𝑉𝑠𝑎𝑛𝑒𝑜 ∗ 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜

Talud 20+00 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑠𝑎𝑛𝑒𝑜 = 759,24𝑚3 ∗ 4,57 $/𝑚3 𝑉𝑠𝑎𝑛𝑒𝑜 =759,24 𝑚3 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒔𝒂𝒏𝒆𝒐 = $𝟑𝟒𝟔𝟗, 𝟕𝟐

174

11.1.5.2 Extracción de material.

Este rubro fue calculado para el talud 35+200 en la ejecución de terraceo, considerando

como maquinaría una excavadora, una pala cargadora y tres volquetas, como personal a parte de

los operadores respectivos se considera dos ayudantes y la inspección de un ingeniero.

Tabla 97

Costo unitario para extracción del material.

PROYECTO: Estabilización de taludes en las abscisas 20+00 y 35+200 de la

Carretera Mitad del Mundo-La Independencia Rubro 2

ACTIVIDAD: Extracción de material Unidad: $/m3

A. Equipo N0 de Unidades Costo Horario Costo Unitario

Excavadora 3,000 $ 32,77

$ 32,77

Pala Cargadora 2,000 $ 22,41

$ 22,41

Volqueta 3,000 $ 30,61

$ 30,61

TOTAL A $ 85,79

B. Mano de

Obra N0 de Personal

Salario

Nominal F. R Costo Unitario

Ingeniero (10%) 0,1 $

4,93 1,84 $ 0,91

Ayudante 2,0 $

1,77 1,92 $ 6,80

TOTAL B $ 7,70

C. Rendimiento del equipo (m3/h) 17,5 Costo

Horario A+B $ 93,49 $/h

D. Costo Unitario sin materiales ni insumos (A+B)/C $ 5,34 $/m3

E. Materiales e

Insumos Unidad Costo Cantidad Costo Unitario

TOTAL E $

- $/m3

F. Costo Directo=D+E $ 5,34 $/m3

G. Costo Indirecto

Administración (10% F) $ 0,53

Imprevistos (5% F) $ 0,27

TOTAL G $ 0,80 $/m3

H. Costo Unitario=F+G $ 6,14 $/m3

Observaciones 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑟 = 𝑉𝑒𝑥𝑡𝑟 ∗ 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜

Talud 35+200 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑟 = 15384,57𝑚3 ∗ 6,14 $/𝑚3

𝑉𝑒𝑥𝑡𝑟 =15384,57 𝑚3 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒆𝒙𝒕𝒓 = $𝟗𝟒𝟒𝟔𝟏, 𝟐𝟓

175

11.1.6 Costos por construcción de cunetas y bajante (disipador de energía).

Para el cálculo del costo de la construcción de las cunetas y del bajante con disipador de

energía se consideró la matriz de costos referenciales propuesta por el MTOP.

Para las características constructivas de estas obras se siguió la recomendación de la

consultora CONESUPSA S.A., acerca de emplear un hormigón de 175 𝑘𝑔/𝑚2, por consiguiente,

en base a este parámetro se estableció la dosificación de los materiales:

Tabla 98

Dosificación de materiales de acuerdo a la resistencia del hormigón.

Nota: Tomado de ConstruReyes S.A.

El volumen de las obras se determinó a partir del producto de la longitud por la sección

transversal de las mismas:

Tabla 99

Cálculo de volumen de obras de drenaje.

Talud Tipo de obra Longitud

(𝒎)

Área

(𝒎𝟐)

Volumen

(𝒎𝟑)

20+00 Cuneta de coronación 61,20 0,30 18,36

TOTAL 61,20 18,36

35+200 Cuneta de coronación 96,92 0,30 29,08

Cuneta de banco 1 68,91 0,22 15,16

Cuneta de banco 2 68,11 0,22 14,98

Cuneta de banco 3 68,12 0,22 14,98

Cuneta de banco 4 65,17 0,22 14,33

Cuneta de banco 5 64,01 0,22 14,08

Bajante (disipador de energía) 153,23 1,53 234,44

TOTAL 584,47 337,05

Nota: Los bancos se enumeran en orden descendente.

176

Tabla 100

Cálculo de cantidad de materiales para la ejecución de obras de drenaje.

Material Relación Cantidad

Cemento Talud 20+00

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 300 𝑘𝑔/𝑚3𝑥1,05

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 18,36 𝑚3 ∗ 300 𝑘𝑔/𝑚3𝑥1,05

Talud 35+200

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 300 𝑘𝑔/𝑚3𝑥1,05

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 337,05 𝑚3 ∗ 300 𝑘𝑔/𝑚3𝑥1,05

*El valor 1.05 corresponde al factor de desperdicio

Talud 20+00

5783,40 kg

=115,66 sacos

Talud 35+200

106170,75 kg

=2123,41 sacos

*considerando que un

saco tiene 50kg

Arena Talud 20+00

𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 0,48

𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 18,36𝑚3 ∗ 0,48

Talud 35+200

𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 0,48

𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 337,05 𝑚3 ∗ 0,48

Talud 20+00

8,81 𝒎𝟑

Talud 35+200

161,78 𝒎𝟑

Ripio Talud 20+00

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 0,96

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 18,36 𝑚3 ∗ 0,96

Talud 35+200

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 0,96

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 337,05 𝑚3 ∗ 0,96

Talud 20+00

17,62 𝒎𝟑

Talud 35+200

323,56 𝒎𝟑

Agua Talud 20+00

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 170

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 18,36 𝑚3 ∗ 170

Talud 35+200

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 170

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 337,05 𝑚3 ∗ 170

Talud 20+00

3121,20 𝒎𝟑

Talud 35+200

57298,5 𝒎𝟑

En base a la cantidad de material determinado para cada talud se calculó los costos a

partir de precios de proveedores cercanos a los puntos, valores que incluyen I.V.A.

177

Tabla 101

Costos estimados para ejecución de obras de drenaje.

Material Unidad Cantidad Costo

unitario

($)

Referencia/

Proveedor

Subtotal

($)

Cemento saco Talud 20+00

115,66

Talud 35+200

2123,41

8,25 Cemento

Holcim

Talud 20+00

954,19

Talud 35+200

17518,13

Arena 𝑚3 Talud 20+00

8,81

Talud 35+200

161,78

8,50 Cantera

“Terrazas de

Mandingo”

Talud 20+00

74,88

Talud 35+200

1375,13

Ripio 𝑚3 Talud 20+00

17,62

Talud 35+200

323,56

12,00 Cantera

“Fucusucu

III”

Talud 20+00

211,44

Talud 35+200

3882,72

Agua 𝑙 Talud 20+00

3121,20

Talud 35+200

57298,5

- - -

Construcción

de cunetas a

mano

𝑚3

Talud 20+00

18,36

Talud 35+200

337,05

9,18 MTOP Talud 20+00

168,54

Talud 35+200

3094,11

TOTAL Talud 20+00

$ 1409,05

Talud 35+200

$ 25870,09

Nota: Los precios pueden variar de acuerdo al proveedor, tomados para el año 2019, los valores de la matriz de

costos del MTOP corresponde al año 2017.

11.1.7 Costo de instalación de geotextil y revegetación.

Este rubro estará en función de la superficie determinada para cada talud (Tabla 102),

con la consideración de que el talud 20+00 incluirá la colocación de geotextil y revegetación

mediante hidrosiembra, para el talud 35+200 se considera únicamente la colocación de

geotextil en la cara del banco de corona, para control de efectos erosivos.

Tabla 102

Áreas para colocación de geotextil.

178

Talud Área

(𝒎𝟐)

20+00 1898,11

35+200 333,98

Los costos estimados en base a los proveedores incluyendo instalación, de la empresa

Hidroequinoccio se resumen en la Tabla 103:

Tabla 103

Costos estimados para colocación de geotextil e hidrosiembra.

Material Unidad Cantidad Costo

unitario

($/𝒎𝟐)

Referencia/

Proveedor

Subtotal

($)

Geomalla

C350V

𝒎𝟐 Talud 20+00

1898,11

Talud 35+200

333,98

8,50 Aquanea

S.A.

Talud 20+00

16133,93

Talud 35+200

2838,83

Hidrosiembra 𝒎𝟐 Talud 20+00

1898,11

2,25 Hidrosiembra Talud 20+00

4270,74

Total Talud 20+00

$ 20404,67

Talud 35+200

$ 2838,83

Nota: Los costos de la instalación de la geomalla fue proporcionado por la empresa Hidroequinoccio en el año

2019, el costo de la hidrosiembra en base a la matriz de costos del MTOP del año 2017.

11.1.8 Costo de drenes californianos.

Este rubro se considera para el talud 35+200, que precisa de la instalación de drenes

californianos tanto en los bancos ejecutados como en la cota 1764 m.s.n.m. intercalados con

los pernos de anclaje. Así el número de drenes que se requieren se determinaron dividiendo la

extensión del talud/banco para el espaciamiento considerado de cada dren y multiplicado por

el número de filas:

Tabla 104

Cálculo de cantidad en metros de drenes californianos.

179

Sitio Extensión

(m)

Espaciamiento

entre drenes

(m)

Número de filas Número de

drenes

Longitud

de dren

(m)

Cantidad en

(m)

banco 2 69,37 2,5 3,0 84 7 588

banco 3 67,13 2,5 3,0 81 567

banco 4 65,44 2,5 3,0 79 553

banco 5 64,75 2,5 3,0 78 546

Talud cota:1764

msnm

83,92 3,0 3,0 84 588

TOTAL 2842 m

Considerando el precio referencial de acuerdo al MTOP para el año 2017 para

instalación de drenes californianos incluyendo perforación, el valor de este rubro se obtiene del

producto de la cantidad de drenes calculados en metros por el costo:

𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑑𝑟𝑒𝑛𝑒𝑠 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑥 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠

𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑑𝑟𝑒𝑛𝑒𝑠 = 9,07 $/𝑚 𝑥 2842 𝑚

𝒄𝒐𝒔𝒕𝒐𝒅𝒓𝒆𝒏𝒆𝒔 = $ 𝟐𝟓𝟕𝟕𝟔, 𝟗𝟒

11.1.9 Costo de pernos de anclaje.

El número de pernos de anclaje para el talud 35+200 fue determinado a partir de la

extensión del mismo en la cota 1764 m.s.n.m., divida para el espaciamiento entre pernos y

multiplicada por el número de filas.:

Tabla 105

Costos estimados para instalación de drenes californianos.

Extensión

(m)

Espaciamiento

entre pernos

(m)

Número de filas Número de

pernos

Longitud

de perno

(m)

Cantidad en

(m)

83,92 3 3 84 10 840

TOTAL 84 840

Considerando el precio referencial del MTOP para el año 2017 para pernos de anclaje

de longitud 10 m con inyección de cemento, el valor de este rubro se obtiene del producto de

la cantidad de pernos calculados por el costo unitario:

180

𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜𝑠 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜𝑥 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑

𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜𝑠 = 150,0 $/𝑚 𝑥 840 𝑚

𝒄𝒐𝒔𝒕𝒐𝒑𝒆𝒓𝒏𝒐𝒔 = $ 𝟏𝟐𝟔𝟎𝟎𝟎,0

11.1.10 Costo de malla de triple torción.

La instalación de la malla de triple torción de acuerdo al diseño para el talud 35+200

corresponderá a la porción para roca altamente meteorizada desde la cota 1774 m.s.n.m. hasta

la cota 1810 m.s.n.m., abarcando un área de 5091,20 𝑚2, el precio de referencia abarca la

instalación del mismo:

Tabla 106

Costos estimados para la colocación de malla de triple torción.

11.1.11 Costo de colocación de mojones.

Para este rubro se consideró el precio referencial manejado por la empresa

Hidroequinoccio E.P. que considera la fabricación y ubicación del elemento.

Tabla 107

Costos estimados para la colocación de puntos de auscultación.

La sumatoria de todos los costos correspondientes a cada talud en base a las actividades

a ejecutarse se resumen en la tabla:

Superficie Costo unitario ($/𝒎𝟐)

Referencia/

Proveedor

Costo total

($)

5091,20 6,10 DEACERO 31056,32

Elemento Costo unitario ($/elemento)

Referencia/

Proveedor

Costo total

($) Talud 20+00

Mojones: 6

Base: 2

Talud 35+200

Mojones: 17

Base: 2

Mojones:7,50

Base para estación: 10

Hidroequinoccio E.P. Talud 20+00

65

Talud 35+200

147,50

181

Tabla 108

Costo total de actividades por cada talud.

COSTOS TOTALES

Talud Actividad Costo por actividad

($)

20+00 Saneo de talud 3469,72

Colocación de geotextil e hidrosiembra 20404,67

Construcción de cuneta de coronación 1409,05

Colocación de puntos de auscultación 65,0

TOTAL 25333,34

35+200 Construcción de bancos 94461,25

Colocación de pernos de anclaje 126000,0

Construcción de cunetas en berma,

cuneta de coronación y bajante con

disipador de energía

25870,09

Colocación de drenes californianos 25776,94

Colocación de geotextil 2838,83

Colocación de malla de triple torción 31056,32

Colocación de puntos de auscultación 147,50

TOTAL 306150,93

Nota. Costos estimados para el año 2019.

182

11.2 IMPACTO SOCIAL

La ejecución del proyecto involucra un gran impacto social pues la finalidad del mismo

es garantizar la seguridad de los transeúntes de la Vía Mitad del Mundo-Calacalí-La

Independencia, por la que de acuerdo al registro del MTOP (2017) circulan alrededor de 22000

vehículos al día, significando un gran aporte a toda la sociedad.

En el talud de la abscisa 20+00 no existen viviendas en un radio aproximado de 1 km,

por su parte en el talud de la abscisa 35+200 existen viviendas fuera de la zona de inestabilidad

considerada, estas se ubican a un costado del pie del talud a una distancia de 100 m

aproximadamente, y en la parte superior del mismo a una distancia de la corona de 150 m, por

tal motivo será importante socializar a quienes habitan en dicha zona acerca de los trabajos a

realizarse teniendo en cuenta el beneficio a generarse respecto a su seguridad frente a los

fenómenos de remoción en masa.

11.3 IMPACTO AMBIENTAL

El impacto ambiental generado para el talud de la abscisa 20+00 es positivo pues la

medida de remediación considerada en este proyecto es la revegetación del mismo, logrando

la recuperación paisajística con plantas propias del sector.

Para el talud de la abscisa 35+200 existe un impacto paisajístico negativo por la

modificación de la morfología inicial del terreno a partir del terraceo en la corona de este, a

pesar de que se ha buscado en el diseño generar el menor volumen de remoción material

posible.

Por otro lado dadas las condiciones climáticas y del terreno, es muy propenso a la auto

revegetación, correspondiente con esto se consideró en el diseño la colación de geomalla en la

corona del talud y malla de tiple torción en la superficie del mismo, que son elementos que no

obstaculizan el desarrollo de vegetación, de esta manera el impacto visual se reducirá en etapas

posteriores.

183

Dentro de los impactos ambientales se encuentra también la generación de ruido y gases

de combustión por la maquinaría a emplearse.

CONCLUSIONES

El levantamiento geológico-geotécnico permitió identificar la estratigrafía de cada sitio

crítico, así para el talud de la abscisa 20+00 se determinó que está conformado por

lutitas y limolitas de la Unidad Yunguilla (RMF) en estratos intercalados

subhorizontales de distintos espesores, el macizo rocoso se halla fuertemente fracturado

y presenta meteorización de ligera a moderada.

Por su parte el talud de la abscisa 35+200 está constituido en su base por limolitas (RLM

y RAM) con potencia 80 m, intercaladas por estratos centimétricos de areniscas,

correspondientes a la Unidad Silante, el macizo presenta poca fracturación y

meteorización de ligera a alta, sobreyaciendo a este material se encuentra una capa de

suelo de potencia 18 m, con granulometría que varía de limos a arenas (SR+SS).

La caracterización del macizo rocoso del talud de la abscisa 20+00 de acuerdo al índice

RMR fue de 47 puntos (Clase III, media), por el índice GSI de 45 (Clase III, regular),

y del talud por el índice SMR de 42 (Clase III, normal), catalogando al talud con

estabilidad media.

Para el macizo del talud en la abscisa 35+200 el índice RMRcorregido fue de 46 puntos

(Clase III, media), el índice GSI de 55 (Clase III, regular), no se aplicó el índice SMR

al descartar el fallo por control estructural, catalogando finalmente a este punto con

estabilidad de clase media.

En la caracterización de los materiales al no contar con ensayos de laboratorio para el

talud de abscisa 20+00 se ejecutó in-situ el ensayo con el martillo Schmidt obteniendo

de manera estimada la resistencia a la compresión simple (limolita: 90 𝑀𝑃𝑎 ; lutita: 29

184

𝑀𝑃𝑎), cohesión (limolita: 2,45 𝑀𝑃𝑎 ; lutita: 1,23 𝑀𝑃𝑎) y el ángulo de fricción (limolita:

18,38° ; lutita: 9,54 °), el peso específico fue determinado por recopilación bibliográfica

(limolita: 25,01𝑘𝑁 𝑚3⁄ ; lutita: 22,12 𝑘𝑁 𝑚3⁄ ).

Las propiedades de los materiales del talud de la abscisa 35+200 fueron determinadas

por la Consultora León y Godoy (2018) para la capa de suelo (SS+SR) y roca altamente

meteorizada (RAM), para roca ligeramente meteorizada (RLM) se determinaron las

propiedades a partir del ensayo con el esclerómetro in-situ: cohesión (SR+SS: 0,045

𝑀𝑃𝑎; RAM: 0,095 𝑀𝑃𝑎; RLM: 1,85 𝑀𝑃𝑎) , ángulo de fricción (SR+SS:18°; RAM: 32°;

RLM: 22,25°), peso específico (SR+SS: 14,7 𝑘𝑁 𝑚3⁄ ; RAM: 21 𝑘𝑁 𝑚3⁄ ; RLM: 21

𝑘𝑁 𝑚3⁄ ).

El análisis cinemático para el macizo rocoso del talud 20+00 estableció que la familia

D3 marca posibilidad del desarrollo de rotura planar, y la combinación de las familias

E1-D3 la formación de cuña, sin embargo, fue descartada toda posibilidad de fallo por

control estructural a partir del análisis de condiciones cinemáticas para cada caso.

Para el talud 35+200 el análisis cinemático arrojó que no existe posibilidad de falla con

control estructural.

En el talud de la abscisa 20+00 el principal factor que incide sobre la inestabilidad es

la erosión posiblemente como resultado de la actividad antrópica, donde el agua y el

viento generan el desplazamiento de material de diversa granulometría que se

desprende del macizo rocoso muy fracturado.

En el talud de la abscisa 35+200 el agua juega un papel muy importante dada la

naturaleza del suelo en la corona del talud, que al saturarse se desplaza en forma de

flujos de lodo y en su camino va arrastrando rocas e incorporándolas en el mismo.

185

El cálculo de factor de seguridad por el método de equilibrio límite en las condiciones

actuales determinó que para el talud de la abscisa 20+00 supera considerablemente

tanto en condiciones estáticas (GLE/Morgenstern Price :11,59) como pseudoestáticas

(GLE/Morgenstern Price:6,92) al mínimo establecido por la NEC 2015 (1,5 y 1,05

respectivamente).

El talud de la abscisa 35+200 bajo en condiciones actuales presenta un factor de

seguridad por debajo del requerido en condiciones estáticas (GLE/Morgenstern Price

:1,3) y pseudoestáticas (GLE/Morgenstern Price :0,65) presentando una superficie de

falla que abarca a la roca altamente meteorizada (RAM) y suelo (SR+SS), posterior al

diseño el factor de seguridad alcanza un valor de 1,056 en condiciones pseudoestáticas

y 1,67 en condiciones estáticas. Los valores de coeficiente de seguridad corresponden

al método de GLE/Morgenstern Price, que es el más adecuado para análisis en zonas

con gran incidencia sísmica.

Atendiendo al problema de erosión en el talud 20+00 se propuso el saneo del mismo

que abarca la remoción material con un volumen de 759,24 𝑚3 complementado con la

revegetación en una superficie de 1898,11 𝑚2 mediante colocación de geomalla

C350Vmax y aplicación de hidrosiembra, adicionalmente se consideró la construcción

de una cuneta de coronación en la cota 2303 m.s.n.m. de longitud 61,20 𝑚 para control

del agua de escorrentía.

Para el talud 35+200 se propone la ejecución de bancos en la fracción correspondiente

a suelo residual y suelo saprolítico (SR+SS) desde la cota 1810 m.s.n.m. hasta la cota

1835 m.s.n.m., cuya configuración será 1,2 H:1V, con una altura de 5 m y una berma

de 3,5 m, en la cota 1765 m.s.n.m. se instalarán pernos de anclaje de 10 m con inyección

de hormigón hasta 5 m en disposición tresbolillo en la fracción correspondiente a roca

altamente meteorizada (RAM). Como medidas de drenaje se propone una cuneta de

186

coronación con longitud 96,92 m en la cota 1835 m.s.n.m. y las respectivas cuentas de

pie de banco, todas las cunetas se conectarán a un bajante con disipador de energía de

pantallas deflectoras, adicionalmente se colocarán drenes californianos de 7 m de

longitud en la cara de cada banco, y también intercalados con los pernos anclaje, en

disposición tresbolillo. Como medidas de control de la erosión se colocará geomalla en

la cara del banco que conecta a la corona del talud, y para control de desprendimiento

de rocas se propone la colocación de malla de triple torsión a partir de la cota 1765

m.s.n.m. hasta la cota 1810 m.s.n.m.

Se consideró el control topográfico como método de auscultación en los dos taludes,

siendo un método que permite medir movimientos horizontales y verticales, mediante

la ubicación de mojones y el establecimiento de dos puntos fijos de observación en cada

caso, por motivos de facilidad, rapidez y costos bajos.

RECOMENDACIONES

Ubicar un sitio adecuado para una escombrera más cercana a los sitios críticos mediante

el respectivo estudio geotécnico, pues la extensa distancia a la que se ubica la

escombrera B1-C1 incide en el rendimiento de los equipos y por ende aumenta el costo

unitario de las actividades de desalojo de material y rendimiento de toda la operación

de remoción de material.

Realizar el adecuado estudio geotécnico en los sitios críticos sin evitar caer en un

criterio sobre conservador pues involucrará un sobredimensionamiento en las obras de

diseño que se traduce en costos excesivos.

Mantener un control periódico posterior a la ejecución del diseño de estabilidad,

especialmente en los primeros años siendo lo recomendable de manera trimestral.

187

Socializar con las personas que viven aledañas a los taludes en cuestión acerca de las

obras a realizarse teniendo en consideración que su objetivo es el garantizar seguridad

frente a los fenómenos de remoción en masa.

Implementar la señalización adecuada en la carretera durante la ejecución de los

trabajos que anticipe a los conductores oportunamente.

No paralizar los trabajos de estabilización de taludes, pues por las condiciones de la

zona es muy propensa al desarrollo de estos fenómenos de deslizamiento especialmente

en épocas de lluvia.

188

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189

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Ecuador.

191

ANEXOS

192

Anexo 1.

Determinación del SMR para el talud de la abscisa 20+00

193



𝜷𝒔 39°


𝜷𝒋 73°

Ángulos auxiliares

(grados

sexagesimales)

A 4°

B 73°

C 34°

Tipo de fallo Planar

Autores Romana (1993) Tomás et al. (2007)

Factores Valores discretos Valores continuos

F1 1.00 0.95

F2 1.00 0.98

F3 0.00 -0.56

F1xF2xF3 0 -1

Método de

excavación

Excavación mecánica

F4 0

Discreto Continuo

SMR 50 49

Clase III III

Discreto Continuo

Descripción Normal Normal


Fallo Falla por cuñas Falla por cuñas

Soporte Sistemático Sistemático



Drenaje No Aplica

Hormigón Hormigón Proyectado, Contrafuertes y/o vigas, Muros al pie

Refuerzo Anclajes

Protección Zanjas de pie, Varillas de pie o de talud, Redes y/o mallas

Sin Sostenimiento No Aplica

Familia D1

194



𝜷𝒔 39°


𝜷𝒋 41°

Ángulos auxiliares

(grados

sexagesimales)

A 28°

B 41°

C 80°

Tipo de fallo Vuelco



F1 0.40 0.35

F2 1.00 1.00

F3 0.00 -0.35

F1xF2xF3 0 0

Método de

excavación


F4 0

Discreto Continuo

SMR 50 50

Clase III III

Discreto Continuo







Drenaje No Aplica


Refuerzo Anclajes


Familia E1

195



𝜷𝒔 39°


𝜷𝒋 90°

Ángulos auxiliares

(grados

sexagesimales)

A 80°

B 90°

C 129°

Tipo de fallo Vuelco



F1 0.15 0.15

F2 1.00 1.00

F3 -25 -24.95

F1xF2xF3 -4 -4

Método de

excavación


F4 0

Discreto Continuo

SMR 46 46

Clase III III

Discreto Continuo






Familia D2

196



𝜷𝒔 39°


𝜷𝒋 46°

Ángulos auxiliares

(grados

sexagesimales)

A 8°

B 46°

C 7°

Tipo de fallo Planar



F1 0.85 0.89

F2 1.00 0.92

F3 -6.00 -2.71

F1xF2xF3 -5 -2

Método de

excavación


F4 0

Discreto Continuo

SMR 45 48

Clase V V

Discreto Continuo







Drenaje No Aplica


Refuerzo Anclajes



Familia D3

197

Anexo 2.

Determinación de la resistencia a la compresión para matriz rocosa en el talud de la abscisa

20+00 mediante el martillo Schmidt



Drenaje No Aplica


Refuerzo Anclajes



198

Estación Ubicación

1 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001066,4 768450,7 2266,0

Litología Descripción

Lutitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

21 0°

18 0°

20 0°

23 0°

25 0°

22 0°

26 0°

23 0°

25 0°

24 0°

26 0°

18 0°

16 0°

18 0°

20 0°

22 0°

24 0°

20 0°

18 0°

20 0°

Promedio: 21

30

21

Zona de ensayo

Esquema de ensayo

Correlación gráfica

Peso

específico (𝑘𝑁 𝑚3)⁄

22,12

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

21

RCS

(MPa) 30

N

199


1 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001066,4 768450,7 2266,0


Limolitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

35 0°

42 0°

36 0°

42 0°

45 0°

45 0°

48 0°

40 0°

45 0°

44 0°

42 0°

42 0°

44 0°

46 0°

50

42

0°

0°

44 0°

46 0°

48 0°

48 0°

46 0°

Promedio: 44

92

44

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


25,01

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

44

RCS

(MPa) 92

N

200


2 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001040,3 768449,4 2282,0


Lutitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

18 0°

20 0°

16 0°

18 0°

16 0°

22 0°

20 0°

14 0°

19 0°

20 0°

22 0°

24 0°

18 0°

16 0°

18 0°

20 0°

22 0°

16 0°

18 0°

20 0°

Promedio: 19

28

19

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


22.12

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

19

RCS

(MPa) 28

N

28

19

201


2 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001040,3 768449,4 2282,0


Limolitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

36 0°

34 0°

34 0°

38 0°

36 0°

38 0°

35 0°

35 0°

38 0°

40 0°

42 0°

42 0°

38 0°

40 0°

45 0°

40 0°

45 0°

42 0°

45 0°

48 0°

Promedio: 40

80

40

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


25.01

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

40

RCS

(MPa) 80

N

202


3 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001038,2 768428,1 2267,0


Lutitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

16 0°

16 0°

18 0°

18 0°

16 0°

14 0°

14 0°

16 0°

15 0°

17 0°

18 0°

17 0°

18 0°

20 0°

17 0°

16 0°

16 0°

16 0°

15 0°

18 0°

Promedio: 17

27

17

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


22.12

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

17

RCS

(MPa) 27

N

203


3 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001038,2 768428,1 2267,0


Limolitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

35 0°

40 0°

34 0°

42 0°

40 0°

42 0°

40 0°

42 0°

44 0°

42 0°

42 0°

43 0°

41 0°

45 0°

42 0°

38 0°

42 0°

40 0°

39 0°

35 0°

Promedio: 41

82

41

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


25.01

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

41

RCS

(MPa) 82

N

204


4 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001019,5 768431,0 2267,0


Lutitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

22 0°

20 0°

21 0°

22 0°

20 0°

18 0°

22 0°

16 0°

20 0°

22 0°

18 0°

18 0°

20 0°

20 0°

26 0°

22 0°

18 0°

23 0°

20 0°

22 0°

Promedio: 20

29

20

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


22.12

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

20

RCS

(MPa) 29

N

205


4 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10001019,5 768431,0 2267,0


Limolitas Matriz

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

42 0°

46 0°

48 0°

54 0°

48 0°

45 0°

44 0°

46 0°

50 0°

44 0°

52 0°

48 0°

45 0°

46 0°

48 0°

50 0°

52 0°

48 0°

45 0°

44 0°

Promedio: 47

105

47

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso

específico

(𝑘𝑁 𝑚3)⁄

25.01

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

47

RCS

(MPa)

105

N

206

Anexo 3.

Determinación de la resistencia a la compresión para discontinuidades en el talud de la

abscisa 20+00 mediante el martillo Schmidt

207

Familia Ubicación

D1 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

324/73 10001060,0 768444,5 2267,0


Lutitas Discontinuidad

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

18 0°

15 0°

14 0°

16 0°

18 0°

20 0°

22 0°

15 0°

16 0°

18 0°

20 0°

18 0°

16 0°

14 0°

18 0°

20 0°

22 0°

20 0°

18 0°

18 0°

Promedio: 18

28

18

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


22.12

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

18

RCS

(MPa) 28

N

208

Familia Ubicación

E1 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

112/41 10001031,2 768423,7 2269,0


Limolitas Discontinuidad

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

30 90°

25 90°

38 90°

30 90°

26 90°

25 90°

32 90°

30 90°

32 90°

28 90°

26 90°

24 90°

24 90°

25 90°

34 90°

32 90°

30 90°

28 90°

26 90°

31 90°

Promedio: 29

49

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


25.01

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

29

RCS

(MPa) 49

29

N

209

Familia Ubicación

D2 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

60/90 10001019,5 768431,0 2267,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

38 0°

40 0°

36 0°

35 0°

36 0°

34 0°

38 0°

40 0°

42 0°

38 0°

35 0°

40 0°

40 0°

42 0°

43 0°

44 0°

40 0°

38 0°

36 0°

35 0°

Promedio: 38

75

38

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


25.01

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

38

RCS

(MPa) 75

N

210

Familia Ubicación

D3 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

312/46 10001022,0 768461,3 2295,0


Lutitas Discontinuidad

N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

18 0°

18 0°

16 0°

15 0°

17 0°

18 0°

20 0°

20 0°

16 0°

18 0°

16 0°

15 0°

16 0°

14 0°

19 0°

18 0°

24 0°

18 0°

16 0°

18 0°

Promedio: 17

27

17

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


22.12

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

17

RCS

(MPa) 27

N

211

Anexo 4.

Determinación de la resistencia a la compresión para matriz rocosa en el talud de la abscisa

35+200 mediante el martillo Schmidt

212


1 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10003150,7 759148,7 1736,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

35 0°

36 0°

33 0°

34 0°

32 0°

35 0°

36 0°

34

35

0°

0°

38 0°

39 0°

37 0°

39 0°

36 0°

37 0°

34 0°

35 0°

40 0°

36 0°

36 0°

35 0°

Promedio: 36

43

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

36

RCS

(MPa) 50

36

50

N

213


2 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10003151,8 759121,2 1741,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

34 0°

38 0°

35 0°

33 0°

30 0°

36 0°

34 0°

34

35

0°

0°

36 0°

38 0°

37 0°

33 0°

34 0°

34 0°

33 0°

32 0°

34 0°

34 0°

36 0°

35 0°

Promedio: 34

43

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

34

RCS

(MPa) 46

34

46

N

214


3 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10003151,9 759096,9 1749,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

39 0°

38 0°

35 0°

38 0°

39 0°

37 0°

34 0°

38

40

0°

0°

42 0°

44 0°

40 0°

38 0°

42 0°

43 0°

39 0°

37 0°

41 0°

45 0°

40 0°

30 0°

Promedio: 40

43

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

40

RCS

(MPa) 59

40

59

N

215


4 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

10003170,1 759072,1 1740,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

35 0°

34 0°

36 0°

37 0°

39 0°

40 0°

36 0°

36

40

0°

0°

40 0°

42 0°

40 0°

43 0°

38 0°

36 0°

38 0°

38 0°

35 0°

34 0°

35 0°

36 0°

Promedio: 38

31

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

38

RCS

(MPa) 55

38

55

N

216

Anexo 5.

Determinación de la resistencia a la compresión para discontinuidades en el talud de la

abscisa 35+200 mediante el martillo Schmidt

217

Familia Ubicación

D1 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

184/77 10003151,8 759160,8 1742,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

39 0°

35 0°

32 0°

30 0°

33 0°

32 0°

28 0°

31

35

0°

0°

33 0°

32 0°

30 0°

25 0°

27 0°

32 0°

36 0°

30 0°

32 0°

35 0°

33 0°

28 0°

Promedio: 32

43

32

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

32

RCS

(MPa) 43

N

218

Familia Ubicación

E1 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

113/22 10003149,4 759116,6 1745,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

23 90°

26 90°

25 90°

30 90°

28 90°

24 90°

23 90°

22

25

90°

90°

22 90°

20 90°

24 90°

26 90°

22 90°

20 90°

23 90°

24 90°

21 90°

22 90°

18 90°

20 90°

Promedio: 23

33

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

23

RCS

(MPa) 33

23

N

219

Familia Ubicación

D2 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

85/63 10003154,1 759088,3 1747,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

36 0°

34 0°

33 0°

35 0°

32 0°

30 0°

37 0°

34

30

0°

0°

34 0°

32 0°

28 0°

34 0°

35 0°

32 0°

38 0°

33 0°

30 0°

31 0°

35 0°

33 0°

Promedio: 33

44

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

33

RCS

(MPa) 44

33

N

220

Familia Ubicación

D3 Lat.

(m)

Long.

(m)

Elev.

(msnm)

233/65 10003162,1 759081,9 1738,0



N ° de rebotes

(𝑹𝒍)

Orientación del

martillo

18 45°

18 45°

20 45°

22 45°

24 45°

20 45°

18 45°

20

21

45°

45°

19 45°

25 45°

20 45°

18 45°

16 45°

15 45°

18 45°

17 45°

20 45°

16 45°

22 45°

18 45°

Promedio: 19

31

Zona de ensayo

Esquema de ensayo


Peso


21

N° de rebotes

(𝑅𝑙)

19

RCS

(MPa) 31

19

N

221

ANEXOS

Anexo 6. Parámetros técnicos de la excavadora CAT 330 D2 L

222

Anexo 7. Parámetros técnicos de la volqueta Hino FM8JL7D-XG3

223

Anexo 8. Parámetros técnicos de la retroexcavadora Jhon Deere 310L

224

Anexo 9. Memoria de cálculo y diseño de anclajes para el talud de la abscisa 35+200

DISEÑO DE ANCLAJES

REF: GUÍA PARA EL DISEÑO Y LA EJECUCIÓN DE ANCLAJES AL TERRENO EN OBRAS DE CARRETERAS

PROYECTO: TRAMO / DETERMINACIÓN DE LA ADHERERENCIA ADMISIBLE DEL TERRENO

SECCIÓN :

EXISTEN ENSAYOS DE TESADO: NO

ADHERENCIA ADMISIBLE EMPLEANDO FORMULACIÓN DEFINIDA EN LA GUÍA (MPa): 0,39

EMPLEO DE MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS:

DATOS DE ENTRADA

TIPO DE ANCLAJE ELEGIDO: BARRAS TIPO DIWIDAG VIDA ÚTIL DEL ANCLAJE: PERMANENTE

TIPO DE INYECCIÓN: INYECCIÓN REPETITIVA (IR) DIÁMETRO DE LAS BARRAS: 32 mm

MATERIAL DE INYECCIÓN: CEMENTO RES. CARACT. INYECCIÓN (MPa): 15

TIPO DE ANCLAJE: TIPO 8A

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL ANCLAJE

PROFUNDIDAD ANCLAJE h (m): 10,0 INCLINACIÓN ANCLAJE i (º): -30

LONGITUD LIBRE Lr (m): 5 LONGITUD DEL BULBO Lb (m): 5

LONGITUD TOTAL DE LA BARRA O CABLES (m): 10

ADHERENCIA ADMISIBLE POR MÉTODOS SEMI - EMPÍRICOS (MPa): 0,85

ADHERENCIA ADMISIBLE FINAL (MPa): 0,85

COMPROBACIONES

TENSIÓN ADMISIBLE DEL ACERO

La carga nominal mayorada debe cumplir las condiciones exigidas en la página 25 de la guía

Relación carga nominal con límite elástico: 36,57% Relación carga mayorada con límite elástico: 54,86% CUMPLE

Relación carga nominal con carga rotura: 29,60% Relación carga mayorada con carga rotura: 44,41% CUMPLE

DESLIZAMIENTO DEL TIRANTE EN LA LECHADA

Condición impuesta en la página 26 de la guía

Factor de seguridad frente al deslizamiento del tirante en la lechada del bulbo, carga nominal: 21,17

CUMPLE

Factor de seguridad frente al deslizamiento del tirante en la lechada del bulbo, carga mayorada: 14,12

ARRANCAMIENTO DEL BULBO

CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO DE ANCLAJE

Condición impuesta en la página 26 de la guía

COHESIÓN EFECTIVA c' (t/m2): 9,68 ÁNGULO DE ROZ. INT. EFEC. (º): 32 Factor de seguridad frente a arrancamiento, carga nominal y adherencia límite (sin minorar): 23,44

CUMPLE

PROFUNDIDAD NIVEL FREÁTICO (m): 0 DENSIDAD APARENTE (t/m3): 2,14 Factor de seguridad frente a arrancamiento, carga mayorada y adherencia admisible: 9,47

Estabilidad de taludes en la vía Calacalí-Mitad

del Mundo-La Indpenedecia

Absc. 35+200 Cota:1765 msnm

ROCA ALTERADA GRADO IV O SUPERIOR

Pl (MPa) o Qu (MPa)

Dn

Lb=5 m

Lr=5 m

i=-30º

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 1 2 3 4 5 6

Ad

he

ren

cia

lím

ite

(M

Pa

)

VALOR

225

Anexo 10. Parámetros de la malla de triple torción (DEACERO) considerada para el diseño

226

Anexo 11. Parámetros de la geomalla C350 Vmax

227

Anexo 12. Mapa Geológico-Geotécnico del talud de la abscisa 20+00 (Formato A3)

Anexo 13. Mapa Geológico-Geotécnico del talud de la abscisa 35+00 (Formato A3)

Anexo 14. Plano de diseño de estabilidad en el talud de la abscisa 20+00 (Formato A3)

Anexo 15. Plano de diseño de estabilidad en el talud de la abscisa 35+200 (Formato A1)

Anexo 16. Plano de distribución de puntos de auscultación en el talud 20+00 (Formato A3)

Anexo 17. Plano de distribución de puntos de auscultación en el talud 35+200 (Formato A3)

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