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• Rolando José Becerra Sarmiento

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• Roca (geología)
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• Meteorización
• Suelo
• Erosión

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CONTRATO No 1729 DE 2018 REHABILITACIÓN DE LA VÍA DEPARTAMENTAL TENZA – EL CRUCERO, BOYACÁ;

INFORME DE ESTABILIDAD DE TALUDES.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD LOCALIZADO ENTRE LOS PR 8+000 Y 8+100 DE LA VÍA DEPARTAMENTAL TENZA - EL CRUCERO, BOYACÁ EN EL COSTADO IZQUIERDO

ABRIL DE 2019

CALLE 36 No. 18-23 OFICINA 201 PBX: 320 4820 FAX: 288 0275 A.A. 75251 BOGOTÁ, D.C. – COLOMBIA NIT 800.186.228-2

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TABLA DE CONTENIDO

1

INTRODUCCIÓN

3

2

OBJETIVOS

5

3

REVISIÓN DE LA INFORMACIÓN EXISTENTE

5

4

DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA

7

5

ZONAS HOMOGÉNEAS

9

5.1

ZONA HOMOGÉNEA 1

9

5.2

ZONA HOMOGÉNEA 2

10

6

CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL SITIO EN ESTUDIO

12

7

LEY DE TALUDES PROPUESTA PARA EL TALUD ENTRE EL 8+000 Y EL

8+100

14

8

19

CONCLUSIONES

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ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD LOCALIZADO ENTRE LOS PR 8+000 Y 8+100 DE LA VÍA DEPARTAMENTAL TENZA - EL CRUCERO, BOYACÁ EN EL COSTADO IZQUIERDO 1

INTRODUCCIÓN

El presente estudio corresponde al componente de estabilidad para la rehabilitación de la vía Perico - Victoria en el tramo kilómetro 7.3 a kilómetro 8.4, particularmente para el talud localizado en el costado izquierdo entre los PK8+000 y 8+100. La zona de estudio se caracteriza por localizarse sobre un material superficial correspondiente a suelos residuales, compuestos por partículas de tamaño arena, limo, arcilla y cantos de gravas de diferentes tamaños de plasticidad media – alta, rocas sedimentarias (Arcillolitas y limolitas de color negro a gris con intercalaciones de arenitas y calizas. Los principales procesos denudativos están dados por asentamientos en el borde libre de la banca (donde la vía presenta terraplén) y fenómenos erosivos tipo socavación producto de la dinámica hídrica del rio Garagoa y la quebrada El mico. Los fenómenos de inestabilidad sobre el corredor tienen su origen en una serie de factores naturales y antrópicos que se describen a continuación:  Como se puede apreciar claramente en el informe geológico el área de interés afloran dos unidades de origen sedimentario. La primera de ellas corresponde a la Formación Fómeque (b1k1-Sm) de edad geológica de Cretácico sobre la cual se han depositado algunos Cuaternario Coluvial Qc asociados a procesos de meteorización, erosión y trasporte, son producto de la morfodinámica local, están compuestos por materiales provenientes de la roca preexistente, generalmente

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lutitas, areniscas y arcillolitas, gravas con clastos angulares en vuelto en una matriz areno – arcillosa de plasticidad media alta.  Las condiciones climáticas muestran que las intensidades de las lluvias anualmente superan los 1000 mm y algunos aguaceros que durante los últimos años son muy comunes alcanzan intensidades superiores a 50 mm. Estas lluvias producen saturación suelos y disminución de esfuerzos efectivos de los planos de los contactos litológicos.  El deterioro ambiental de las microcuencas altas, debido al uso indiscriminado para aprovechamiento agrícola o pecuario hace las laderas muy susceptibles a sufrir fenómenos de inestabilidad ya que la ausencia de vegetación multiestrata no permite el amortiguamiento de los caudales producto de las lluvias y por ende estos caudales instantáneos sobre las líneas de drenaje son elevados produciendo socavación y pérdida de suelo generalizada.  La falta de mantenimiento de las obras de manejo de aguas sobre la vía no permite una adecuada captación y conducción del agua lluvia, produciendo en muchos sitios a lo largo del corredor obstrucción de las estructuras y por ende empozamientos del agua. Como puede apreciarse, aunque la problemática sobre el corredor no es compleja, se requiere una atención integral en el que se conjuguen mantenimiento de las obras existentes y la construcción de obras de estabilidad puntuales debido principalmente a la socavación que produce el rio Garagoa y quebrada El mico las cuales son próximas al trazado de la vía y otra serie de obras que se requieren con el fin de adecuar la vía tanto en pendiente como en geometría.

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OBJETIVOS

Identificar y caracterizar todos los fenómenos de inestabilidad que se observan sobre el corredor vial.  Caracterizar los materiales presentes en el corredor vial con el fin de poder conocer sus propiedades físicas y mecánicas.  Identificar los perfiles estratigráficos típicos a lo largo del corredor vial, especialmente en los sitios donde se van a construir obras de estabilidad.  Realizar recomendaciones y obras requeridas para los taludes de corte.  Proponer y diseñar las obras de estabilidad que se requieran para recuperar tramos de banca o mitigar posibles fenómenos de inestabilidad que hoy están amenazando la estabilidad de la vía y que no se consideren sitios críticos.  Diagnosticar los sitios que se consideran de estudio detallado con el fin de que las entidades competentes tomen decisiones en cuanto a su atención.

3

REVISIÓN DE LA INFORMACIÓN EXISTENTE

Para planificar las obras de sostenimiento y diseño de estabilidad de taludes y ampliar la cantidad de información disponible en cuanto a geotecnia, se realizó una revisión de los estudios realizados en el área de influencia del proyecto. La principal fuente de información corresponde a los estudios y diseños suministrados por la Gobernación de Boyacá durante el proceso licitatorio, los cuales fueron ejecutados por el CONSORCIO VIAL TENZA entre los años 2016 y 2017 y los cuales incluyeron entre otros los siguientes estudios:

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- ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA REHABILITACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DE LA VÍA TENZA – GARAGOA. VOLUMEN II. ESTUDIO DE GEOLOGÍA PARA INGENIERÍA Y GEOTECNIA. - ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA EL DISEÑO DE LAS OBRAS DE ESTABILIZACIÓN CORREDOR VIAL TENZA-EL CRUCERO. -ESTUDIOS, DISEÑOS, MEJORAMIENTO Y REHABILITACIÓN CORREDOR VIALES TENZA - EL CRUCERO RUTA 56BY03 DEPARTAMENTO DE BOYACÁ. Con base en los anteriores documentos, y en diferentes recorridos con personal interdisciplinar, INGENIERÍA DE VÍAS proyecto una campaña de exploración adicional a lo largo del corredor, la cual, en una primera entrega se radico el informe titulado “AJUSTES Y COMPLEMENTACIONES AL ESTUDIO Y DISEÑO GEOTÉCNICO PARA EL TRAMO ENTRE EL PR7+300 AL PR8+400 LOCALIZADO EN LA VÍA DEPARTAMENTAL TENZA - EL CRUCERO, BOYACÁ” el día 30 de marzo ante la INTERVENTORÍA CR VÍAS BOYACÁ. El informe anteriormente mencionado, contiene el avance de exploración, la zonificación geotecnia, las recomendaciones para estabilidad de taludes y obras de sostenimiento, las cuales serán también planteadas en el presente informe.

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DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA

Para el desarrollo del presente estudio se realizaron una serie de actividades de campo, laboratorio y oficina que se describen a continuación:  En lo que tiene que ver con el trabajo de campo se hizo una serie de recorridos por parte del grupo interdisciplinario (geólogo, geotecnista, hidráulico, cuadrilla de perforación etc.) en los que se realizaron una serie de actividades tales como: •

Identificación en campo de las unidades litológicas que afloran en el área de estudio de acuerdo a la línea base del estudio geológico.

•

Localización y ubicación de las áreas inestables, hundimientos y en general las zonas donde se presentan procesos erosivos de interés.

•

Realización de la prospección de campo mediante perforaciones en los sectores inestables de la vía para determinar las condiciones de la columna estratigráfica, niveles de agua subterránea y tomar las muestras para caracterizar los materiales afectados.

 Una vez hecha la prospección de campo se procede a la realización de los ensayos de laboratorio a las muestras tomadas con el fin de conocer las propiedades físicas y mecánicas de los materiales presentes en los sitios donde se requiere obras de estabilidad.  Con la información de campo y laboratorio se procede a realizar el trabajo de oficina en el que se desarrollan las siguientes actividades: •

Se consultó la bibliografía relacionada de manera directa y existente de la zona, con el fin de obtener una primera aproximación de la misma.

•

Con las perforaciones de campo se hace una descripción de las columnas estratigráficas.

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•

El análisis de los ensayos de laboratorio se caracterizan los materiales. En los sitios donde se pueden proponer obras de baja complejidad se hará el diseño de estructuras de contención.

•

Para los sectores donde se considera necesario un estudio detallado se hace un diagnostico donde se caracteriza el tipo de fenómeno de inestabilidad y se plantea la exploración de campo específica para proponer una solución general.

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ZONAS HOMOGÉNEAS

Teniendo en cuenta la cartografía, las características geológicas y estructurales del corredor vial, se sectorizó el tramo de estudio en dos unidades homogéneas, haciendo énfasis en criterios geológicos y geotécnicos de cara a agruparlos según las condiciones de estabilidad de las unidades litológicas y a su respuesta ante los procesos de meteorización y erosión.

La tabla siguiente resume la distribución de estas dos zonas homogéneas a lo largo de la progresiva. TABLA 1 - DISTRIBUCIÓN DE LAS ZONAS HOMOGÉNEAS SEGÚN LA PROGRESIVA.

ZONA

ABSCISA INICIAL

ABSCISA FINAL

0+000

3+000

1

Cuaternario Coluvial Qc

3+000

8+400

2

Formación Fómeque (b1k1-Sm)

5.1

HOMOGÉNEA

UNIDAD GEOLÓGICA DOMINANTE

ZONA HOMOGÉNEA 1

Los depósitos cuaternarios se originan a partir de procesos de meteorización, erosión y trasporte, son producto de la morfodinámica local están compuestos por materiales provenientes de la roca preexistente, generalmente lutitas, areniscas y arcillolitas, gravas con clastos angulares en vuelto en una matriz areno – arcillosa de plasticidad media alta.

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Como característica predominante en este suelo residual está la presencia material arcilloso color café oscuro con presencia de gravas de diferentes diámetros grano fino con meteorización alta, presencia de raíces, plasticidad media- alta de acuerdo a la clasificación de suelo.

5.2

ZONA HOMOGÉNEA 2

Esta formación está constituida a la base por lutitas grises oscuras a negras intercaladas con margas, limolitas grises y calizas grises oscuras a negras; la parte superior está compuesta por una alternancia en paquetes hasta de tres metros de espesor de areniscas coglomeráticas, areniscas cuarzosas y niveles arenosos intercalados con lutitas y arcillolitas negras.

El terreno en esta zona está conformado por suelos residuales y saprolito de lutitas. En esta zona homogénea los suelos se originan in situ por efecto de meteorización de las rocas, y dentro de la clasificación del perfil de meteorización de Dearman (1974-1991) los niveles de suelos residuales corresponden a los grados V-VI, y para el saprolito, grado IV. TABLA 2 - PERFIL DE METEORIZACIÓN Y PERFILES CONSIDERADOS COMO SUELO (HORIZONTES VI, V Y IV). FUENTE: DEARMAN (1974, 1991).

Grado

Denominación

Descripción

VI

Suelo Residual

Material con apariencia de suelo

V

Roca completamente

Roca con meteorización

meteorizada

penetrativa total

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Grado

Denominación

Descripción

IV

Roca altamente meteorizada

Roca con meteorización penetrativa total

III

II

Roca moderadamente

Roca con meteorización

meteorizada

penetrativa parcial

Roca débilmente meteorizada

Roca oxidada superficialmente

I

Roca meteorizada

Roca sin indicios de descomposición.

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CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL SITIO EN ESTUDIO

En el presente apartado se analizan las características geotécnicas de los materiales que se verán afectados por el trazado previsto. Los criterios adoptados para la clasificación de los diferentes grupos geotécnicos se basan tanto en la geología de la zona, como en los resultados de los ensayos de laboratorio y de los reconocimientos geotécnicos efectuados en campo. Se diferencian las siguientes unidades geotécnicas para cada litotipo o unidad geológica: TABLA 3 - LITOTIPOS Y UNIDADES GEOTÉCNICAS IDENTIFICADAS EN LA ZONA DE PROYECTO.

EDAD Cuaternario Cretácico / Jurásico

UNIDADES GEOLÓGICAS

UNIDADES GEOTÉCNICAS

EPÍGRAFO

LITOLOGÍA

EPÍGRAFO

DESCRIPCIÓN

NSPT

Q

Depósitos recientes

Qcol

Suelos coluviales

Variable

b1k1-Sm

Formación Fómeque

Csr

Suelo residual

0 - 40

De acuerdo con los estudios entregados por la gobernación, la literatura consultada y la experiencia de la empresa constructora tramos homogéneos al estudiado, se pueden adoptar los siguientes parámetros de resistencia:

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TABLA 4 - PARÁMETROS REPRESENTATIVOS DE LAS DIFERENTES UNIDADES GEOTÉCNICAS.

ÁNGULO UNIDAD GEOTÉCNICA

DENSIDAD

DE

COHESIÓN

NATURAL

ROZAM.

EFECTIVA

(t/m3)

EFECTIVO

(t/m2)

(º) Qcol - Suelos coluviales Csr - Suelo residual de lutitas

1,71

22

1,0

1,75

29

3,0

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LEY DE TALUDES PROPUESTA PARA EL TALUD ENTRE EL 8+000 Y EL 8+100

Con base a las observaciones de los taludes existentes y a los diseños de estabilidad realizados a partir de los parámetros geotécnicos de cada unidad, se propone una inclinación de taludes del 1H:2V. De cara a optimizar los taludes, éstos se han analizado mediante los ábacos de Hoek&Bray. Este método considera la posibilidad de círculos de rotura solo por el pie del talud. En la construcción de estos ábacos se considera el efecto de las presiones intersticiales debidas a la presencia de un nivel freático en el terreno, dividiéndose entre una zona seca y una zona saturada. A parte considera los efectos siguientes: •

El material constitutivo del talud se considera homogéneo en toda su extensión.

•

El círculo de rotura se hace pasar siempre por el pie del talud.

•

Se considera la existencia de una grieta de tracción que puede estar situada por encima o por debajo de la cresta del talud.

El talud presenta una altura máxima de 11.76 metros localizada en el pr 8+030, se han considerado en terreno seco y en materiales tipo suelo residual, con los siguientes parámetros de entrada para el ábaco:

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TABLA 5 - PARÁMETROS DE ENTRADA AL ÁBACO PARA UN FACTOR DE SEGURIDAD DE 1,5 Y TALUDES DE 11 M ALTURA.

ALTURA TALUD

SUELO RESIDUAL

17 m

Csr - Suelo residual de lutitas

ÁNGULO DE COHESIÓN ROZAMIENTO 29º

30 kPa

Tan ɸ / F.S.

c / γ·H·F

c / γ·H·Tan ɸ

0.37

0.11

0.31

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FIGURA 1 - ÁBACO 1 HOEK&BRAY (SUELO SECO). SUELO RESIDUAL SECO, TALUD DE 11 M. F.S. DE 1,5.

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Como puede observarse en la figura anterior, el abaco nos da una inclinación de talud cera de los 60 grados, esta inclinación fue cheaada con un análisis de equilibrio limite para la sección critica, que corresponde a la de mayor altura comprenedia en el tramo y que corresponde a la sección del PR 8+030, a continuación se presentan los resultados de dicho analsiis.

FIGURA 2 – ANÁLISIS DE ESTABILIDAD CONDICIÓN ESTÁTICA SECCIÓN 8+030

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FIGURA 3 – ANÁLISIS DE ESTABILIDAD CONDICIÓN DINÁMICA SECCIÓN 8+030

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CONCLUSIONES  El talud objeto del estudio presenta factores de seguridad apropiados para una inclinación de 1H:2V y para las alturas resultantes del diseño geométrico.  Debido a que la zona presenta una serie de factores climáticos y geológicos ya mencionados, es importante tener presente que después de que este documento fue elaborado se pueden presentar fenómenos de inestabilidad que no fueron detectados o sitios ya identificados con signos de inestabilidad que se pueden agravar por lo que se deberían de evaluar nuevamente.  Parte del corredor vial se encuentra rodeado por la geoforma geológica de mesetas degradadas, las cuales en ciertos puntos se encuentra deterioradas debida a los fenómenos erosivos, producto del intemperismo y las condiciones ambientales, lo cual pude ocasionar movimientos masales que pueden llegar a afectar la vía, este tipo de problemática es imposible de determinar.

Cordialmente,

ING. YOHN EDISON POLO GARZON GEOTECNISTA

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