UNIVERSIDAD DE COSTA RICA SISTEMA DE ESTUDIOS DE POSGRADO ³DISEÑO GEOTÉCNICO DE CUATRO OBRAS: PROPUESTA DE ESTABILIZACIÓN PARA DESLIZAMIENTO EN COPALCHÍ, CARTAGO; ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD EXISTENTE Y PROPUESTA PARA CONTROL DE EROSIÓN DE LA RIBERA DE LA QUEBRADA NORBERTA, PARA SITIO DE EMPLAZAMIENTO DE TANQUE DE AGUA POTABLE EN QUIRCOT, CARTAGO; DISEÑO DE MURO DE RETENCIÓN EN SUELO REFORZADO CON EL SISTEMA TERRAMESH VERDE, PARA (/�7$/8'�'(�&$//(�3Ò%/,&$�³(/�=$1-Ï1´�(1�*8$<$%$/��6$1� FRANCISCO, CARTAGO Y DETERMINACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD Y POTENCIAL DE LICUACIÓN CÍCLICA, MEDIANTE EL EMPLEO DE MÉTODOS DE CAMPO Y ANÁLISIS DE RESPUESTA DE SITIO, PARA EL SITIO DONDE SE CONSTRUIRÁ UN MÓDULO DE BODEGAS EN EL $(5238(572�,17(51$&,21$/�'(�/,0Ï1´ Trabajo final de investigación aplicada sometido a la consideración de la Comisión de Estudios de Posgrado en Ingeniería Civil para optar al grado y título de Maestría Profesional en Ingeniería Geotécnica. ALEXANDER MOLINA VILLALOBOS Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, Costa Rica 2021 ii Dedicatoria A mi esposa e hijos, de quienes siempre he recibido muestras de apoyo incondicional para lograr las metas propuestas. Agradecimiento A los profesores del programa de posgrado en Ingeniería Civil, por haber brindado la oportunidad de compartir sus conocimientos científicos, los cuales fueron de vital importancia en el desarrollo de este proyecto. iii “Este trabajo final de investigación aplicada fue aceptado por la Comisión del Programa de Estudios de Posgrado en Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, como requisito parcial para optar al grado y título de Maestría Profesional en Ingeniería Geotécnica.” ________________________________________________ Dr. Alberto Serrano Pacheco Representante Decano Sistema de Estudios de Posgrado ________________________________________________ M.Sc. Ana Monge Sandí Directora de Tesis ________________________________________________ M.Sc. Sergio Saénz Aguilar Asesor ________________________________________________ Mag. Marcia Cordero Sandí Asesora ________________________________________________ M.Sc. Oscar Calvo Carranza Representante Director Programa de Posgrado en Ingeniería Civil ________________________________________________ Alexander Molina Villalobos Sustentante iv Tabla de contenidos Portada .................................................................................................................... i Dedicatoria.............................................................................................................. ii Agradecimientos ..................................................................................................... ii Hoja de aprobación ................................................................................................ iii Tabla de contenidos ............................................................................................... iv Resumen ............................................................................................................... xi Abstract ................................................................................................................ xii Lista de tablas ...................................................................................................... xiii Lista de figuras ..................................................................................................... xv Lista de ecuaciones ............................................................................................. xxi Lista de abreviaturas .......................................................................................... xxiv CAPITULO I ............................................................................................................ 1 1.1 Introducción. .............................................................................................. 2 1.1.1 Planteamiento del problema. ............................................................... 2 1.1.2 Objetivos. ............................................................................................ 6 1.1.3 Importancia.......................................................................................... 6 1.1.4 Alcance y limitaciones. ........................................................................ 7 1.1.5 Metodología......................................................................................... 7 1.2 Geología local del sitio objeto de estudio. .................................................. 8 1.3 Exploración Geotécnica del sitio objeto de estudio. ................................. 13 1.4 Propuesta de estabilización. .................................................................... 30 1.4.1 Análisis de estabilidad de la terraza 1. .............................................. 32 1.4.2 Análisis de estabilidad de la terraza 2. .............................................. 33 1.4.3 Análisis de estabilidad de la propuesta. ............................................. 34 v 1.4.4 Optimización de la sección propuesta. .............................................. 39 1.4.5 Análisis en esfuerzos efectivos para la sección propuesta. ............... 42 1.5 Detalles de estructuras según propuesta de estabilización. ..................... 44 1.5.1 Dimensionamiento de muro de retención con refuerzo geotextil. ....... 44 1.5.2 Estabilidad interna: ............................................................................ 44 1.5.3 Capacidad soportante. ...................................................................... 47 1.5.4 Estabilidad contra deslizamiento. ...................................................... 48 1.5.5 Estabilidad contra volcamiento. ......................................................... 49 1.5.6 Control de escorrentía superficial. ..................................................... 51 1.6 Conclusiones y recomendaciones. ........................................................... 57 1.6.1 Conclusiones. .................................................................................... 57 1.6.2 Recomendaciones. ............................................................................ 58 1.7 Anexos ..................................................................................................... 60 CAPITULO II ......................................................................................................... 61 2.1 Introducción ............................................................................................. 62 2.1.1 Planteamiento del problema. ............................................................. 62 2.1.2 Objetivos ........................................................................................... 62 2.1.3 Importancia........................................................................................ 63 2.1.4 Alcance y Limitaciones. ..................................................................... 64 2.1.5 Metodología....................................................................................... 65 2.2 Aspectos teóricos de la propuesta de la estructura de retención. ............. 66 2.2.1 Teoría de Empuje de Tierras de Coulomb. ........................................ 66 2.2.2 Análisis de estabilidad de taludes mediante el método sueco. .......... 69 2.2.3 Estimación de socavación general por el Método de Lischtvan- Levediev. ........................................................................................................ 71 2.2.4 Aspectos teóricos del tipo de estructura de retención a utilizar. ......... 73 vi 2.3 Características del proyecto. .................................................................... 77 2.3.1 Caracterización del proyecto. ............................................................ 77 2.3.2 Resultados del estudio geotécnico. ................................................... 80 2.3.3 Establecimiento del modelo geotécnico. ............................................ 81 2.3.4 Descripción geológica del sitio. ......................................................... 81 2.3.5 Propiedades de los materiales. ......................................................... 84 2.4 Diseño de la obra de retención. ............................................................... 84 2.4.1 Resultados del estudio de estabilidad de taludes. ............................. 84 2.4.2 Resultados del estudio de consolidación de suelos. .......................... 88 2.4.3 Resultados del análisis de socavación general. ................................. 89 2.4.4 Diseño de la obra. ............................................................................. 90 2.5 Análisis de Resultados. ............................................................................ 94 2.6 Conclusiones y recomendaciones. ........................................................... 97 2.6.1 Conclusiones ..................................................................................... 97 2.6.2 Recomendaciones ............................................................................. 99 2.7 Anexos ................................................................................................... 102 CAPITULO III ...................................................................................................... 169 3.1 Introducción. .......................................................................................... 170 3.1.1 Planteamiento del problema. ........................................................... 170 3.1.2 Objetivos. ........................................................................................ 170 3.1.3 Importancia...................................................................................... 171 3.1.4 Alcance y Limitaciones. ................................................................... 172 3.1.5 Metodología..................................................................................... 172 3.2 Aspectos teóricos de la propuesta de la estructura de retención. ........... 173 3.2.1 Teoría de Rankine de empuje de tierras. ......................................... 173 vii 3.2.2 Análisis de estabilidad de taludes mediante el método sueco. ........ 176 3.2.3 Estructuras de Suelo Reforzado con el sistema Terramesh verde... 179 3.2.4 El programa Macstars 2000. ............................................................ 184 3.3 Características del proyecto. .................................................................. 185 3.3.1 Resultados del estudio geotécnico. ................................................. 187 3.4 Establecimiento del modelo geotécnico. ................................................ 190 3.4.1 Descripción geológica del sitio. ....................................................... 191 3.4.2 Propiedades de los materiales. ....................................................... 192 3.5 Diseño de la estructura de Terramesh Verde. ........................................ 195 3.5.1 Metodología de Cálculo. .................................................................. 195 3.5.2 Resultados del estudio de estabilidad para el talud en su condición actual, caso estático y dinámico. .................................................................. 196 3.5.3 Resultados del estudio de estabilidad para el talud en su condición de construcción, caso estático y dinámico. ........................................................ 199 3.5.4 Resultados del estudio de estabilidad para el talud, con la presencia de la estructura de Terramesh Verde y factores de seguridad de esta, caso estático y dinámico. ................................................................................................... 201 3.6 Análisis de resultados. ........................................................................... 207 3.7 Documento de especificaciones técnicas. .............................................. 212 3.7.1 Especificaciones Técnicas Sistema Terramesh Verde. ................... 212 3.7.2 Geotextil .......................................................................................... 214 3.7.3 Material de relleno seleccionado ..................................................... 215 3.7.4 Ejecución. ........................................................................................ 215 3.7.5 Método de medición. ....................................................................... 218 3.7.6 Certificación del fabricante. ............................................................. 218 3.8 Conclusiones y Recomendaciones. ....................................................... 219 viii 3.8.1 Conclusiones. .................................................................................. 219 3.8.2 Recomendaciones. .......................................................................... 221 3.9 Anexos ................................................................................................... 223 CAPITULO IV ..................................................................................................... 237 4.1 Introducción ........................................................................................... 238 4.1.1 Planteamiento del problema. ........................................................... 238 4.1.2 Objetivos. ........................................................................................ 240 4.1.3 Importancia...................................................................................... 241 4.1.4 Alcance y Limitaciones. ................................................................... 242 4.1.5 Metodología..................................................................................... 243 4.2 Aspectos teóricos del análisis de susceptibilidad y potencial de licuación. 245 4.2.1 Concepto y generalidades. .............................................................. 245 4.2.2 Licuación Cíclica. ............................................................................ 246 4.2.4 Caracterización del depósito. .......................................................... 250 4.2.5 Condiciones iniciales de esfuerzo y deformación. ........................... 255 4.2.6 Características de la magnitud del sismo. ....................................... 257 4.2.7 Análisis de licuación. ....................................................................... 258 4.2.8 Alternativas de cimentación en suelos potencialmente licuables. .... 281 4.2.9 Métodos para mejoramiento del suelo del sitio. ............................... 286 4.3 aracterísticas del proyecto. .................................................................... 295 4.3.1 Caracterización del proyecto. .......................................................... 295 4.3.2 Resultados del estudio geotécnico. ................................................. 296 4.3.3 Descripción geológica-geotécnica del sitio. ..................................... 300 4.3.4 Propiedades de los materiales. ....................................................... 302 4.4 Análisis de susceptibilidad a la licuación del material de sitio. ............... 303 ix 4.4.1 Granulometría ................................................................................. 304 4.4.2 Influencia del contenido de finos...................................................... 305 4.4.3 Densidad relativa (DR). .................................................................... 305 4.4.4 Análisis de susceptibilidad a la licuación del material de sitio. ......... 307 4.5 Análisis del potencial de licuación del suelo de sitio. .............................. 307 4.5.1 Análisis Comparativo de métodos para el cálculo del potencial de licuación. ...................................................................................................... 307 4.5.2 Estimación del factor de resistencia cíclica (CRR) según el método del Código Japonés de Puentes......................................................................... 312 4.5.3 Estimación del factor de resistencia cíclica (CRR), factor de demanda cíclica (CSR) y factor de seguridad contra licuación según el método de Seed e Idriss. 313 4.5.4 Estimación del factor de demanda cíclica (CSR) según el método de Análisis de Respuesta de Sitio (ARS). .......................................................... 323 4.5.5 Estimación del factor de demanda cíclica (CSR) según el método de Tokimatsu y Yoshimi. ................................................................................... 332 4.5.6 Comparación de resultados obtenidos para el factor CSR. ............. 333 4.6 Análisis del sistema de fundación para la estructura a construir. ........... 335 4.6.1 Análisis comparativo de métodos para mejoramiento de suelos como alternativa de fundación de la estructura. ..................................................... 335 4.6.2 Análisis comparativo de métodos para cimentación de la estructura a construir en sitio. .......................................................................................... 338 4.7 Dimensionamiento del sistema de fundación para la estructura a construir. 343 4.7.1 Cálculo de la resistencia y número de pilotes requeridos. ............... 343 4.7.2 Proceso constructivo. ...................................................................... 348 4.7.3 Perforación. ..................................................................................... 349 x 4.7.4 Colocación del concreto. ................................................................. 349 4.7.5 Colocación de la armadura. ............................................................. 351 4.7.6 Equipos. .......................................................................................... 352 4.7.7 Materiales. ....................................................................................... 352 4.7.8 Ensayos de calidad. ........................................................................ 352 4.7.9 Estimación del costo de los pilotes preexcavados. .......................... 353 4.7.10 Viabilidad de la construcción de la obra de cimentación. ................. 354 4.8 Análisis de resultados. ........................................................................... 355 4.9 Documentos complementarios. .............................................................. 360 4.9.1 Plano constructivo. .......................................................................... 360 4.9.2 Especificaciones técnicas. ............................................................... 360 4.9.3 Lista de verificación para ingeniero inspector. ................................. 374 4.10 Conclusiones y Recomendaciones. ....................................................... 376 4.10.1 Conclusiones. .................................................................................. 376 4.10.2 Recomendaciones. .......................................................................... 377 4.11 Anexos ................................................................................................... 379 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 383 xi Resumen El deslizamiento de Copalchí, Cartago, ocurrido en el año 2012, destruyó la vía de comunicación existente entre las localidades de Copalchí y Quebradilla, ambas pertenecientes al Cantón de Cartago. Mediante estudios de campo desde el punto de vista geológico y geotécnico, así como mediante análisis de estabilidad de taludes, se logra proponer una solución óptima para el problema antes mencionado. En la localidad de Quircot, Cartago, se ubica un tanque de almacenamiento de agua potable, el cual pertenece a la Municipalidad de Cartago. Actualmente tal estructura no está en uso. Se proyecta el diseño de una obra de control de erosión, cuyo nivel de desplante se establecerá con base en el perfil de socavación del cauce. (Q� HO� FRVWDGR� QRUWH� GH� OD� FDOOH� S~EOLFD� FRQRFLGD� FRPR� ³(O� =DQMyQ´� HQ� la localidad de El Guayabal, San Francisco, Cartago, se presentó un deslizamiento a un lado de la calle pública, durante el mes de octubre del año 2016, debido a las intensas precipitaciones acaecidas durante la temporada lluviosa. Se propone la construcción de un elemento de retención, el cual daría estabilidad y seguridad al talud de esta carretera. Se propone el empleo de Terramesh Verde el cual es un sistema modular ecológicamente amigable, utilizado para formar una cara de vegetación (verde) en suelo reforzado y terraplenes. La Dirección General de Aviación Civil, pretende la construcción de un módulo de bodegas, utilizadas para protección de aeronaves, en el Aeropuerto Internacional de Limón, en la provincia de Limón, Cantón Limón, Distrito Limón, aproximadamente a 5 km al sur del centro de la ciudad, carretera a Cahuita, sobre ruta Nacional N° 36. Se realiza el estudio de la susceptibilidad a la licuación cíclica mediante el análisis de las propiedades del suelo, mientras tanto el análisis del riesgo por licuación será efectuado mediante la aplicación de un método determinístico. Con la información anterior, se hará el diseño de la cimentación profunda, con el objetivo de alcanzar la carga admisible requerida por la obra. xii Abstract The Copalchí landslide, Cartago, which occurred in 2012, destroyed the existing communication route between the towns of Copalchí and Quebradilla, both belonging to the Canton of Cartago. Through field studies from the geological and geotechnical point of view, as well as through slope stability analysis, it is possible to propose an optimal solution for the aforementioned problem. In the town of Quircot, Cartago, a potable water storage tank is located, which belongs to the Municipality of Cartago. This structure is currently not in use. The design of an erosion control work is projected, the foundation level will be established based on the undermining profile of the channel. On the north side of the publiF�VWUHHW�NQRZQ�DV�³(O�=DQMyQ´�LQ�WKH�WRZQ�RI�(O� Guayabal, San Francisco, Cartago, a landslide occurred on one side of the public street, during the month of October 2016, due to the intense rainfall during the rainy season. The construction of a containment element is proposed, which would give stability and security to the slope of this road. The use of Green Terramesh is proposed, which is an ecologically friendly modular system, used to form a face of vegetation (green) in reinforced soil and embankments. The General Directorate of Civil Aviation, intends to build a warehouse module, used for aircraft protection, at the Limón International Airport, in the province of Limón, Cantón Limón, Distrito Limón, approximately 5 km south of downtown the city, highway to Cahuita, on National Route N° 36. The study of the susceptibility to cyclical liquefaction is carried out by analyzing the properties of the soil, meanwhile the risk analysis by liquefaction will be carried out by applying a deterministic method. With the information above, the design of the deep foundation will be made, with the objective of reaching the admissible load required by the work. xiii Lista de tablas Tabla 1. Resultados de ensayos con el Torquímetro de Torvane. ........................ 18 Tabla 2. Resistencia al corte no drenado de suelos cohesivos según ................... 23 Tabla 3. Cohesión no drenada del suelo del sitio objeto de estudio según el parámetro NSPT obtenido en cada ensayo según los datos de la Tabla 2. .......... 23 Tabla 4. Valores de cohesión para factores de seguridad unitarios en cuatro taludes cercanos al sitio del deslizamiento. .......................................................... 29 Tabla 5. Longitud de capas de geotextil. ............................................................... 46 Tabla 6. Factores de Seguridad Mínimos para el análisis de muros de retención según el Código de Cimentaciones de Costa Rica. .............................................. 47 Tabla 7. Simbología para modelo geotécnico ....................................................... 82 Tabla 8. Parámetros de las capas de suelo según modelo geotécnico. ................ 84 Tabla 9. Resultados de estudio de estabilidad para superficies de falla tomadas antes de la ubicación de la estructura del tanque y la Quebrada Norberta............ 85 Tabla 10. Datos de socavación general obtenidos. ............................................... 89 Tabla 11. Factores de seguridad obtenidos para la estructura de retención. ........ 93 Tabla 12. Parámetros de resistencia de las capas de suelo según modelo geotécnico. ......................................................................................................... 194 Tabla 13. Factores de seguridad obtenidos para la estructura de retención. ...... 202 Tabla 14. Susceptibilidad de licuación de arenas limosas y arcillosas (Andrews y Martin, 2000) ....................................................................................................... 253 Tabla 15. Correcciones de SPT modificadas por Robertson y Wride (1998) ....... 263 Tabla 16. Valores de ángulo de fricción entre el material del pilote y el suelo según CCCR. ................................................................................................................ 283 Tabla 17. Máximo límite de valores SPT, CPT, PMT luego de Compactación Dinámica. ............................................................................................................ 288 Tabla 18. Valores de ࢔ recomendados para distintos tipos de suelos. ................ 289 Tabla 19. Propiedades de los materiales. ........................................................... 302 Tabla 20. Correlación NSPT y DR según Hunt (1984) ........................................ 305 Tabla 21. Estimación de CRR por el método del Código Japonés de Puentes. .. 312 Tabla 22. Resumen de resultados obtenidos por el programa LiqSVs ................ 320 xiv Tabla 23. Comparación de resultados de CRR obtenidos a través del método del Código Japonés de Puentes y del método de Seed e Idriss, por cada perforación. ........................................................................................................................... 320 Tabla 24. Factor CSR según el programa LiqSVs. .............................................. 323 Tabla 25. Valor de Vs para las perforaciones efectuadas en sitio. ...................... 326 Tabla 26. Valores para el factor CSR programa Deepsoil. .................................. 331 Tabla 27. Valores de factor CSR según metodología de Tokimatsu y Yoshimi ... 332 Tabla 28. Valores de factor CSR. ........................................................................ 333 Tabla 29. Valores de factor de seguridad contra la licuación. ............................. 334 Tabla 30. Características de la suspensión. ........................................................ 362 Tabla 31. Lista de verificación para ingeniero inspector. ..................................... 375 xv Lista de figuras Figura 1. Ubicación del deslizamiento en parte de la hoja Caraigres. ..................... 2 Figura 2. Vista parcial del deslizamiento. ................................................................ 3 Figura 3. Vista parcial de la vía de comunicación afectada por el deslizamiento. .... 4 Figura 4. Reproducción de la figura 2, de la referencia 1. ....................................... 5 Figura 5. Vista de la geología del lugar, cerca de la zona del deslizamiento. .......... 9 4. Figura 6. Cenizas de Debris Flow. .................................................................... 9 Figura 7. Contacto entre Debris Flow y Tobas. ..................................................... 10 Figura 8. Trazo aproximado de la superficie deslizada. ........................................ 11 Figura 9. Fallas aparentes presentes en el deslizamiento. .................................... 12 Figura 10. Curvas de nivel a cada metro del sitio del deslizamiento. .................... 14 Figura 11. Secciones transversales trazadas para el análisis de estabilidad. ....... 15 Figura 12. Ensayo de penetración normal en la corona del talud. ......................... 16 Figura 13. Ensayo de penetración normal en el cuerpo del talud. ......................... 16 Figura 14. Ensayo de penetración normal en la base del talud. ............................ 17 Figura 15. Ensayo con torquímetro para muestras en tubos Lainer. ..................... 17 Figura 16. Ubicación de ensayos SPT. ................................................................. 18 Figura 17. Interpretación de los resultados del ensayo No 1. ................................ 19 Figura 18. Detalle de muestra obtenida en la perforación 2, a 6 m de profundidad. ............................................................................................................................. 21 Figura 19. Interpretación de los resultados del ensayo No 2. ................................ 22 Figura 20. Vista del sitio de deslizamiento el día 21 de enero 2010. ..................... 24 Figura 21. Proyección de la curva de nivel 105 en forma paralela al trazo del camino. ................................................................................................................. 25 Figura 22. Vista del sitio de deslizamiento el día 13 de febrero 2012. ................... 25 Figura 23. Vista del sitio de deslizamiento el día 08 de junio de 2013. .................. 26 Figura 24. Propuesta de sección transversal antes de la ocurrencia del deslizamiento. ....................................................................................................... 26 Figura 25. Taludes ubicados en las cercanías de ocurrencia del deslizamiento.... 27 Figura 26. Análisis retrospectivo del talud. ............................................................ 28 Figura 27. Taludes utilizados para retro análisis. .................................................. 29 xvi Figura 28. Geometría propuesta para la estabilización del talud. .......................... 31 Figura 29. Análisis de estabilidad terraza 2. .......................................................... 34 Figura 30. Iteración 1. Factor de seguridad 1,85. .................................................. 35 Figura 31. Iteración 2. Factor de seguridad 1,56. .................................................. 36 Figura 32. Iteración 3. Factor de seguridad 1,48. .................................................. 36 Figura 33. Iteración 4. Factor de seguridad 1,39. .................................................. 37 Figura 34. Iteración 5. Factor de seguridad 1,26. .................................................. 37 Figura 35. Iteración 6. Factor de seguridad 1,29. .................................................. 38 Figura 36. Resumen de factores de seguridad obtenidos en cada iteración. ........ 39 Figura 37. Geometría optimizada para la estabilización del talud.......................... 40 Figura 38. Análisis de estabilidad contra la falla global y del grupo de terrazas. ... 41 Figura 39. Círculo de Mohr mediante el cual se obtiene el parámetro C´. ............. 42 Figura 40. Análisis de estabilidad global en esfuerzos efectivos. .......................... 43 Figura 41. Detalle de muro de tierra armada. ........................................................ 50 Figura 42. Detalle de drenaje posterior al muro. ................................................... 51 Figura 43. Microcuenca para la estimación del caudal para contracunetas. .......... 52 Figura 44. Ubicación de contracunetas. ................................................................ 56 Figura 45. Ubicación de la estructura en parte de la Hoja Iztarú. .......................... 64 Figura 46. Mecanismo de empuje de suelos según Coulomb en suelos friccionantes. ......................................................................................................... 66 Figura 47. Mecanismo de empuje de suelos según Coulomb en suelos cohesivos y friccionantes. ......................................................................................................... 67 Figura 48. Procedimiento de las dovelas de Fellenius. ......................................... 70 Figura 49. Topografía del sitio objeto de estudio. .................................................. 78 Figura 50. Sección A. ............................................................................................ 79 Figura 51. Sección B. ............................................................................................ 79 Figura 52. Sección C. ........................................................................................... 80 Figura 53. Valores de Nspt en cada sondeo efectuado. ........................................ 81 Figura 54. Modelo geotécnico. .............................................................................. 82 Figura 55. Parte del mapa geológico y cortes transversales de la Hoja Istarú. ..... 83 xvii Figura 56. Superficie de falla crítica para la zona ubicada antes de la ubicación del tanque y la Quebrada Norberta. ............................................................................ 87 Figura 57. Superficie de falla crítica entre el sito de ubicación del tanque y la Quebrada Norberta. .............................................................................................. 88 Figura 58. Datos de entrada para estimación de socavación general. .................. 89 Figura 59. Perfiles de socavación general obtenidos. ........................................... 90 Figura 60. Ubicación de estructura de retención. .................................................. 91 Figura 61. Sección de muro de gaviones utilizada en el análisis de factores de seguridad. ............................................................................................................. 92 Figura 62. Representación de los estados activo y pasivo de Rankine en un punto de un terreno con superficie libre horizontal con tensión vertical 174 .................. .ܼߪ Figura 63. Aparición de empujes negativos (grietas) debido a la cohesión. ........ 176 Figura 64. Procedimiento de las dovelas de Fellenius. ....................................... 178 Figura 65. Esquema del sistema Terramesh Verde. ........................................... 180 Figura 66. Esquema de la intertrabazón de la malla con el suelo. ...................... 182 Figura 67. Topografía actual del sitio objeto de estudio. ..................................... 186 Figura 68. Sección 0+30. .................................................................................... 187 Figura 69. Ubicación de ensayos SPT. ............................................................... 188 Figura 70. Ensayos SPT efectuados. .................................................................. 188 Figura 71. Resultados de ensayos SPT efectuados. ........................................... 189 Figura 72. Columna Estratigráfica. ...................................................................... 190 Figura 73. Ubicación del sitio objeto de estudio en el mapa geológico del Cantón de Cartago. ......................................................................................................... 191 Figura 74. Trazo de círculo de Mohr para el suelo de fundación para obtener parámetros efectivos. .......................................................................................... 193 Figura 75. Modelo Geotécnico para diseño de estructura Terramesh Verde. ...... 195 Figura 76. Análisis de estabilidad del talud en su condición actual para el caso estático. .............................................................................................................. 197 Figura 77. Análisis de estabilidad del talud en su condición actual para el caso dinámico. ............................................................................................................ 198 xviii Figura 78. Análisis de estabilidad del talud en su condición de construcción para el caso estático. ...................................................................................................... 199 Figura 79. Análisis de estabilidad del talud en su condición de construcción para el caso dinámico. .................................................................................................... 200 Figura 80. Factores de seguridad del muro de retención en la condición estática. ........................................................................................................................... 203 Figura 81. Factores de seguridad del muro de retención en la condición dinámica. ........................................................................................................................... 203 Figura 82. Factor de seguridad contra la falla global en la condición estática. .... 204 Figura 83. Factor de seguridad contra la falla global en la condición dinámica. .. 205 Figura 84. Factor de seguridad para la estabilidad interna en la condición estática. ........................................................................................................................... 206 Figura 85. Factor de seguridad para la estabilidad interna en la condición dinámica. ............................................................................................................ 206 Figura 86. Paso 1 y 2 para instalación del sistema Terramesh ........................... 216 Figura 87. Paso 3 y 4 para instalación del sistema Terramesh Verde. ................ 216 Figura 88. Paso 5 y 6 para instalación del sistema Terramesh Verde. ................ 217 Figura 89. Paso 7 y 8 para instalación del sistema Terramesh Verde. ................ 217 Figura 90. Sección de muro de Terramesh Verde. .............................................. 220 Figura 91. Ubicación del Aeropuerto Internacional de Limón. ............................. 238 Figura 92. Ubicación propuesta para ensayos SPT. ........................................... 244 Figura 93. Proceso de pérdida de resistencia al esfuerzo cortante durante el fenómeno de licuación. ....................................................................................... 245 Figura 94. Trayectorias de esfuerzos desarrolladas durante el proceso de licuación. ............................................................................................................. 246 Figura 95. Reducción de la rigidez del suelo durante la aplicación de una carga cíclica. ................................................................................................................. 247 Figura 96. Variación del esfuerzo efectivo en función del tiempo durante la aplicación de una carga cíclica. .......................................................................... 248 Figura 97. Granulometría de algunos suelos que han sufrido licuación (Henríquez, 2007). ................................................................................................................. 251 xix Figura 98. Criterio Chino Modificado. .................................................................. 252 Figura 99. Concepto de densidad relativa. .......................................................... 255 Figura 100. Curva base para SPT para magnitudes de Mw = 7,5. ...................... 259 Figura 101. Equipo para ensayo de columna resonante. .................................... 278 Figura 102. Densificación durante el proceso de impactos. ................................ 290 Figura 103. Proceso constructivo de las columnas de grava. .............................. 294 Figura 104. Ubicación de ensayos SPT. ............................................................. 295 Figura 105. Vista parcial de los ensayos SPT. .................................................... 297 Figura 106. Vista parcial de las muestras obtenidas en los ensayos SPT. .......... 297 Figura 107. Resultados de los ensayos SPT....................................................... 298 Figura 108. Curvas granulométricas por cada sondeo exploratorio. .................... 299 Figura 109. Modelo geotécnico para análisis de licuación. ................................. 303 Figura 110. Granulometría del material de sitio. .................................................. 304 Figura 111. Susceptibilidad a la licuación del material de cada ensayo. ............. 306 Figura 112. Matriz de decisión para elección de método para estimar el potencial de licuación. ........................................................................................................ 309 Figura 113. Potencial de licuación para SPT 1 para sismo de magnitud 6,5. ...... 314 Figura 114. Potencial de licuación para SPT 2 para sismo de magnitud 6,5. ...... 315 Figura 115. Potencial de licuación para SPT 1 para sismo de magnitud 7. ......... 316 Figura 116. Potencial de licuación para SPT 2 para sismo de magnitud 7. ......... 317 Figura 117. Potencial de licuación para SPT 1 para sismo de magnitud 8,5. ...... 318 Figura 118. Potencial de licuación para SPT 2 para sismo de magnitud 8,5. ...... 319 Figura 119. Gráfica comparativa de resultados de CRR obtenidos a través del método del Código Japonés de Puentes y del método de Seed e Idriss, para la perforación 1. ...................................................................................................... 321 Figura 120. Gráfica comparativa de resultados de CRR obtenidos a través del método del Código Japonés de Puentes y del método de Seed e Idriss, para la perforación 2. ...................................................................................................... 322 Figura 121. Ubicación de las estaciones con registro del sismo del 22 de abril de 1991.................................................................................................................... 324 Figura 122. Registro del sismo del 22 de abril de 1991. ...................................... 325 xx Figura 123. Curva de mejor ajuste para Vs según el ensayo SPT 1. .................. 327 Figura 124. Curva de mejor ajuste para Vs según el ensayo SPT 2. .................. 327 Figura 125. Perfil para análisis según el ensayo SPT1. ...................................... 328 Figura 126. Perfil para análisis según el ensayo SPT2. ...................................... 329 Figura 127. Factor CSR según el ensayo SPT1. ................................................. 330 Figura 128. Factor CSR según el ensayo SPT2. ................................................. 330 Figura 129. Matriz de decisión para métodos de mejoramiento de suelo. ........... 337 Figura 130. Matriz de decisión para métodos de cimentación de la estructura a construir en sitio. ................................................................................................. 341 Figura 131. Sección típica de pilote a construir en sitio. ...................................... 343 Figura 132. Distribución de placas de fundación. ................................................ 346 Figura 133. Sección transversal de la estructura. ............................................... 347 Figura 134. Esquema de la excavación de un pilote preexcavado. ..................... 349 Figura 135. Esquema de colocación de concreto en un pilote preexcavado. ...... 350 Figura 136. Esquema de colocación de la armadura en un pilote preexcavado. . 351 Figura 137. Esquema de la maquinaria utilizada en la construcción de un pilote preexcavado. ...................................................................................................... 352 xxi Lista de ecuaciones (Ecuación 1).......................................................................................................... 32 (Ecuación 2).......................................................................................................... 32 (Ecuación 3).......................................................................................................... 32 (Ecuación 4).......................................................................................................... 42 (Ecuación 5).......................................................................................................... 42 (Ecuación 6).......................................................................................................... 44 (Ecuación 7).......................................................................................................... 44 (Ecuación 8).......................................................................................................... 45 (Ecuación 9).......................................................................................................... 45 (Ecuación 10) ........................................................................................................ 45 (Ecuación 11) ........................................................................................................ 45 (Ecuación 12) ........................................................................................................ 45 (Ecuación 13) ........................................................................................................ 46 (Ecuación 14) ........................................................................................................ 47 (Ecuación 15) ........................................................................................................ 47 (Ecuación 16) ........................................................................................................ 48 (Ecuación 17) ........................................................................................................ 49 (Ecuación 18) ........................................................................................................ 52 (Ecuación 19) ........................................................................................................ 53 (Ecuación 20) ........................................................................................................ 54 (Ecuación 21) ........................................................................................................ 55 (Ecuación 22) ........................................................................................................ 55 (Ecuación 23) ........................................................................................................ 55 (Ecuación 24) ........................................................................................................ 68 (Ecuación 25) ........................................................................................................ 68 (Ecuación 26) ........................................................................................................ 71 (Ecuación 27) ........................................................................................................ 73 (Ecuación 28) ........................................................................................................ 75 (Ecuación 29) ...................................................................................................... 174 (Ecuación 30) ...................................................................................................... 174 xxii (Ecuación 31) ...................................................................................................... 174 (Ecuación 32) ...................................................................................................... 175 (Ecuación 33) ...................................................................................................... 175 (Ecuación 34) ...................................................................................................... 175 (Ecuación 35) ...................................................................................................... 175 (Ecuación 36) ...................................................................................................... 176 (Ecuación 37) ...................................................................................................... 176 (Ecuación 38) ...................................................................................................... 179 (Ecuación 39) ...................................................................................................... 258 (Ecuación 40) ...................................................................................................... 260 (Ecuación 41) ...................................................................................................... 260 (Ecuación 42) ...................................................................................................... 260 (Ecuación 43) ...................................................................................................... 261 (Ecuación 44) ...................................................................................................... 261 (Ecuación 45) ...................................................................................................... 261 (Ecuación 46) ...................................................................................................... 262 (Ecuación 47) ...................................................................................................... 263 (Ecuación 48) ...................................................................................................... 265 (Ecuación 49) ...................................................................................................... 269 (Ecuación 50) ...................................................................................................... 269 (Ecuación 51) ...................................................................................................... 270 (Ecuación 52) ...................................................................................................... 270 (Ecuación 53) ...................................................................................................... 270 (Ecuación 54) ...................................................................................................... 271 (Ecuación 55) ...................................................................................................... 272 (Ecuación 56) ...................................................................................................... 279 (Ecuación 57) ...................................................................................................... 279 (Ecuación 58) ...................................................................................................... 279 (Ecuación 59) ...................................................................................................... 280 (Ecuación 60) ...................................................................................................... 280 (Ecuación 61) ...................................................................................................... 282 xxiii (Ecuación 62) ...................................................................................................... 282 (Ecuación 63) ...................................................................................................... 282 (Ecuación 64) ...................................................................................................... 283 (Ecuación 65) ...................................................................................................... 283 (Ecuación 66) ...................................................................................................... 284 (Ecuación 67) ...................................................................................................... 287 (Ecuación 68) ...................................................................................................... 297 (Ecuación 69) ...................................................................................................... 325 (Ecuación 70) ...................................................................................................... 343 (Ecuación 71) ...................................................................................................... 344 (Ecuación 72) ...................................................................................................... 345 (Ecuación 73) ...................................................................................................... 347 xxiv Lista de abreviaturas ASTM: American Society for Testing Materials. CCCR: Código de Cimentaciones de Costa Rica. CGTLCR: Código Geotécnico de taludes y laderas de Costa Rica. SPT: Ensayo de Penetración Estándar (ASTM D-1586). SUCS: Sistema unificado de clasificación de suelos. Autorización para digitalización y comunicación pública de Trabajos Finales de Graduación del Sistema de Estudios de Posgrado en el Repositorio Institucional de la Universidad de Costa Rica. Yo, Alexander Molina Villalobos , con cédula de identidad 1-0816-0548, en mi condición de autor del TFG titulado: Diseño Geotécnico de cuatro obras: Propuesta de estabilización para deslizamiento en Copalchí, Cartago; Análisis de estabilidad de talud existente y propuesta para control de erosión de la ribera de la Quebrada Norberta, para sitio de emplazamiento de tanque de agua potable en Quircot, Cartago; Diseño de muro de retención en suelo reforzado con el sistema Terramesh Verde, para el talud de calle pública “El Zanjón” en Guayabal, San Francisco, Cartago y Determinación de la susceptibilidad y potencial de licuación cíclica, mediante el empleo de métodos de campo y análisis de respuesta de sitio, para el sitio donde se construirá un módulo de bodegas en el Aeropuerto Internacional de Limón. Autorizo a la Universidad de Costa Rica para digitalizar y hacer divulgación pública de forma gratuita de dicho TFG a través del Repositorio Institucional u otro medio electrónico, para ser puesto a disposición del público según lo que establezca el Sistema de Estudios de Posgrado. SI NO * *En caso de la negativa favor indicar el tiempo de restricción: año (s). Este Trabajo Final de Graduación será publicado en formato PDF, o en el formato que en el momento se establezca, de tal forma que el acceso al mismo sea libre, con el fin de permitir la consulta e impresión, pero no su modificación. Manifiesto que mi Trabajo Final de Graduación fue debidamente subido al sistema digital Kerwá y su contenido corresponde al documento original que sirvió para la obtención de mi título, y que su información no infringe ni violenta ningún derecho a terceros. El TFG además cuenta con el visto bueno de mi Director (a) de Tesis o Tutor (a) y cumplió con lo establecido en la revisión del Formato por parte del Sistema de Estudios de Posgrado. FIRMA ESTUDIANTE Nota: El presente documento constituye una declaración jurada, cuyos alcances aseguran a la Universidad, que su contenido sea tomado como cierto. Su importancia radica en que permite abreviar procedimientos administrativos, y al mismo tiempo genera una responsabilidad legal para que quien declare contrario a la verdad de lo que manifiesta, puede como consecuencia, enfrentar un proceso penal por delito de perjurio, tipificado en el artículo 318 de nuestro Código Penal. Lo anterior implica que el estudiante se vea forzado a realizar su mayor esfuerzo para que no sólo incluya información veraz en la Licencia de Publicación, sino que también realice diligentemente la gestión de subir el documento correcto en la plataforma digital Kerwá. X 1 CAPITULO I Propuesta de estabilización para deslizamiento en Copalchí, Cartago. Fecha de realización: I Semestre 2014. 2 1.1 Introducción. 1.1.1 Planteamiento del problema. Según información suministrada por el Ing. Denis Aparicio Rivera, director de la Unidad Técnica de Gestión Vial de la Municipalidad de Cartago, el deslizamiento objeto de este estudio, tuvo su origen en la primera mitad del año 2012. Información suministrada por habitantes de la zona, indica que el mismo ocurrió en ausencia de lluvia y no fue simultáneo con algún evento sísmico. El deslizamiento de Copalchí, según la referencia 1, se ubica en el poblado del mismo nombre, en el distrito de Quebradilla (11), Cantón de Cartago (01), Provincia de Cartago (03). Según la hoja cartográfica Caraigres, escala 1:50000, sus coordenadas son 532 542E 200 214N (Lambert Norte), según se observa en la Figura 1. Figura 1. Ubicación del deslizamiento en parte de la hoja Caraigres. En la Figura 2, se puede observar una vista parcial del sitio del deslizamiento, donde resalta la presencia de suelos residuales de color rojo. Ubicación sitio de estudio 3 Figura 2. Vista parcial del deslizamiento. Producto de este fenómeno, la red vial existente en el lugar se vio afectada en forma directa, lo cual originó la necesidad de un nuevo trazo de la carretera, así como una superficie de ruedo caracterizada por la ausencia de algún tipo de material de buena calidad, tal como lastre, asfalto, entre otros. Esta vía tampoco cuenta con sistemas de recolección de agua pluvial, así como de alguno tipo de señalización tanto vertical como horizontal. Existe un temor latente en la Unidad Técnica de Gestión Vial, de la pérdida del nuevo trazo de esta vía en caso de no realizar una intervención urgente del deslizamiento. En la Figura 3, se puede observar una vista parcial del estado actual de la vía de comunicación antes mencionada. 4 Figura 3. Vista parcial de la vía de comunicación afectada por el deslizamiento. El movimiento de una masa de suelo ocurre cuando la resistencia al esfuerzo cortante es excedida por los esfuerzos cortantes que se producen en una superficie relativamente continua (referencia 2, páginas 618-619). Según se puede observar en la Figura 2, de la referencia 1, la cual se reproduce en la página siguiente, el tipo de deslizamiento podría clasificarse como de tipo circular. Tales deslizamientos normalmente se originan a través de una superficie de falla circular, a lo largo de la cual la resistencia al corte del suelo del sitio, es superada tanto por cargas externas, así como por el peso de la masa de suelo ubicada sobre la superficie de falla. (Q�HVWH� WLSR� GH� GHVOL]DPLHQWRV�� ³OD� Vuperficie de falla tiene la forma de la concavidad de una cucharita de café o de la mitad de un huevo que se haya cortado 5 longitudinalmente, con el extremo menor en la parte superior del talud y el más DQFKR�HQ�OD�SDUWH�LQIHULRU´��UHIHUHQFLD����SiJLQD�����. Los suelos residuales, son los más afectados por este tipo de deslizamiento, donde un incremento en el nivel de saturación lleva a condiciones críticas de equilibrio. También se pueden reconocer como fuerzas movilizadoras, cargas dinámicas originadas por un sismo o bien por la circulación de vehículos en forma constante, cerca de la base del talud. Figura 4. Reproducción de la figura 2, de la referencia 1. 6 Como se puede observar en la Figura 1, la vía de comunicación afectada, comunica la localidad de Copalchí con otras localidades cercanas. Si bien es cierto no existen mediciones conocidas de tránsito promedio diario para esta carretera, su presencia es importante para el desarrollo de la zona, así como vía alterna, en caso de existir algún inconveniente en la ruta hacia la localidad de Corralillo. Es claro entonces, el interés de la Unidad Técnica de Gestión Vial de la Municipalidad de Cartago, en contar con una vía con un nivel de seguridad adecuado para la circulación de vehículos. 1.1.2 Objetivos. 1.1.2.1 Objetivo General. Proponer una solución para la estabilización del deslizamiento ocurrido con el fin de garantizar la recuperación y permanencia de la vía de comunicación existente. 1.1.2.2 Objetivos específicos. 1) Establecer las características geomecánicas del suelo del deslizamiento. 2) Establecer el factor de seguridad contra la falla por cortante, para la propuesta de estabilización. 3) Definir un sistema de control de la escorrentía superficial con el fin de reducir la erosión sobre el talud. 4) Definir la propuesta de estabilización idónea, según las características del lugar. 5) Mostrar la propuesta de estabilización mediante el diseño de un plano constructivo. 1.1.3 Importancia. El camino afectado por el deslizamiento constituye una vía de comunicación de vital importancia, por lo que las acciones a llevar a cabo para garantizar la 7 estabilidad del talud objeto de esta investigación y por lo tanto para garantizar la seguridad en la circulación por el mismo, es de vital importancia para el desarrollo económico de la zona. 1.1.4 Alcance y limitaciones. x La campaña de exploración se realizará mediante ensayos de penetración normal SPT. x No se realizarán ensayos geofísicos al no existir contenido presupuestario para éstos. x Las propuestas de estabilización estarán regidas por los materiales existentes o cercanos al lugar del deslizamiento, con el fin de reducir el costo económico de la misma. x La campaña de exploración geotécnica se realizará mediante ensayos de campo (Ensayo de penetración normal) y ensayos de laboratorio (torquímetro de torvane) para la caracterización de los parámetros de resistencia del suelo del sitio. 1.1.5 Metodología. Inicialmente se elaborará el levantamiento topográfico del sitio, con base en el cual se establecerán los sitios para los ensayos SPT. Estos ensayos serán complementados con muestreos de capas blandas (en caso de ser detectadas) para la realización de ensayos de consolidación unidimensional, mediante el empleo de trincheras exploratorias. Con la información obtenida de los ensayos SPT, se elaborará el perfil geotécnico del sitio, el cual será utilizado para el análisis de estabilidad del talud existente. Por otra parte, con base en el número de golpes obtenido para cada estrato, se establecerán parámetros de resistencia para realizar el diseño de la obra de retención sugerida para el sitio. 8 1.2 Geología local del sitio objeto de estudio. El día 27 de marzo de 2014, se realizó visita al sitio del deslizamiento en Copalchí, Cartago, en compañía del geólogo Luis Miguel Araya Venegas, con el fin de definir la geología local, del sitio objeto de estudio. Como producto de esta visita, se obtienH� HO� GRFXPHQWR� WLWXODGR� ³(VWXGLR� 7pFQLFR�GH�*HRORJtD�%iVLFD�GHO�7HUUHQR´��HO�FXDO�VH�HVWDEOHFH�FRPR�UHIHUHQFLD���GH� este informe. El mismo se reproduce en su totalidad en el apéndice. Entre los aspectos más relevantes de este informe, se puede mencionar que enmarca el área del proyecto dentro del vulcanismo del Mioceno, el cual está constituido geológicamente por materiales del período Terciario. Tobas y lavas las predominan en la región. Las Tobas intercaladas son de colores rojos y violáceos con estratificación centimétrica. El tamaño de los granos varía de arena fina a limo y los paquetes rara vez sobrepasan los 10 metros de espesor. En la Figura 5, se puede observar la topografía y geología del sitio objeto de estudio. Indica el informe, que dentro del deslizamiento se pueden observar tres unidades geológicas distintas, sin embargo, debido a la descripción anterior, todas las unidades se pueden correlacionar con la Formación La Cruz. Estas unidades geológicas son: 1. Unidad de andesitas: Esta unidad está compuesta por lavas, con dos distintos niveles de meteorización, uno de ellos se encuentra en un nivel más avanzado (Figura 4) que la parte más sana relativamente (Figura 5). Posiblemente se trate del mismo flujo de lava, sin embargo, la parte con mayor grado de meteorización se encuentra ya sea alrededor del núcleo más sano o en las cercanías de fracturas relacionadas con la falla geológica presente en las cercanías del área. 9 Figura 5. Vista de la geología del lugar, cerca de la zona del deslizamiento. 2. Unidad Debris Flow. Sobre la secuencia de lavas se encuentra un Debris Flow, el cual presenta clastos de lava de subangulares a redondeados con tamaños no mayores a los 20 cm, fragmentos de carbón no mayores a los 3 cm y la matriz de dicho flujo consiste principalmente en cenizas color beige (Figura 6). 3. Unidad de Tobas. 4. Figura 6. Cenizas de Debris Flow. 10 Esta unidad se encuentra sobre el Debris Flow (figura 7) y está compuesta por tobas rojizas o violáceas muy meteorizadas las cuales tienen una granulometría de arcillas y limos, semi-FRPSDFWDGDV�\�FRQ�XQ�FRPSRUWDPLHQWR�³IULDEOH´� Es importante mencionar que la principal área afectada por el deslizamiento se ubica en esta unidad. Figura 7. Contacto entre Debris Flow y Tobas. Por otra parte, el estudio indica que la geomorfología de la zona en general es abrupta y se caracteriza por sus pendientes fuertes y buen desarrollo de los patrones de drenaje. Las diferencias topográficas varían desde los 1900 hasta los 1500 metros sobre el nivel del mar. De manera aproximada se calcula que el deslizamiento movió un volumen de 64 000 m3 de Debris Flow Tobas y suelo, esto calculando una altura de 20 m, 80 m de largo y 40 m de ancho, el material deslizado se movió en dirección SW (Figura 8). El encontrar Debris Flow en estado menos meteorizado hacia los lados del deslizamiento, con sus clastos en un estado relativamente sano respecto al Debris Flow ubicado hacia la corona del deslizamiento, el cual se encuentra en un estado de meteorización muy avanzado; así como la presencia de una factura que claramente desplaza al flujo de lavas hacia arriba y presenta un rumbo similar a la 11 falla Alumbre y un aparente desplazamiento en sentido inverso, hace pensar que el deslizamiento también podría estar influenciado por un componente estructural (Figura 9). Figura 8. Trazo aproximado de la superficie deslizada. 12 Figura 9. Fallas aparentes presentes en el deslizamiento. 13 Dentro del contexto geotectónico regional, el informe indica que el área del proyecto se enmarca dentro de un contexto tectónico que está caracterizado por un sistema de fallas y de fracturas producto tanto de los esfuerzos generados por el proceso de subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe, como por los cuerpos intrusivos que conforman la cordillera. Las fallas más cercanas al deslizamiento son las fallas Alumbre y Tablazo que tienen una dirección SW-NE y presentan un movimiento sinestral con componente normal. Las fallas mostradas en la Figura 9, aclara el geólogo Araya, son fallas aparentes, es decir, fallas que fueron detectadas luego de ocurrido el deslizamiento y cuya posible presencia se establece por las diferencias de meteorización de la andesita, así como por una aparente interrupción en las capas de suelo. No obstante, lo anterior, tales fallas son asociadas a la presencia de una falla de mayor tamaño, que no influye directamente en la zona objeto de estudio. Estas fallas, no podrían considerarse como responsables del deslizamiento ya que las mismas no muestran haber tenido movimiento resiente y más bien podría darse una explicación al deslizamiento, en términos de la alta porosidad de las tobas rojizas, lo cual permitió la infiltración de escorrentía a través de la misma. Debido a esta infiltración se produjo la falla del talud. 1.3 Exploración Geotécnica del sitio objeto de estudio. Se realizó un levantamiento topográfico en el sitio, con el objetivo de contar con la información necesaria para plantear un modelo de análisis para el talud. En la Figura 10, se puede observar el plano de curvas de nivel del sitio objeto de estudio. 14 Figura 10. Curvas de nivel a cada metro del sitio del deslizamiento. Con base en la figura anterior, se trazaron diversas secciones transversales, con el fin de establecer las más idóneas para el análisis de estabilidad a realizar para el deslizamiento. De igual forma, se trazó un corte por la zona de mayor altura alcanzada en el deslizamiento. La misma está mostrada en la figura con la letra B. En la Figura 11, se pueden observar las secciones transversales construidas con base en las curvas de nivel mostradas anteriormente. B 15 Figura 11. Secciones transversales trazadas para el análisis de estabilidad. La campaña de exploración geotécnica consistió en la realización de tres ensayos mediante el empleo del ensayo de penetración normal (SPT), las cuales se aplicaron en tres ejes puntos diferentes del talud: en la corona, en el cuerpo y en la base. No se pudieron efectuar un mayor número de ensayos debido a la colindancia de propiedades privadas con el talud, así como de zonas con topografía difícil para la colocación del equipo SPT. Estas perforaciones tienen como objetivo, establecer las características del estrato de suelo inestable, además de la obtención de muestras para ensayos en laboratorio. Los puntos de ensayo se hicieron coincidir con algunas de las secciones topográficas mostradas anteriormente. 16 Los ensayos de resistencia en laboratorio, se realizaron en muestras obtenidas en tubos Lainer, en los tres ensayos efectuados. La resistencia al corte de las mismas se obtuvo mediante ensayos con el Torquímetro de Torvane. En la figura siguiente, se puede observar los ensayos de SPT efectuados en el sitio objeto de estudio. Figura 12. Ensayo de penetración normal en la corona del talud. Figura 13. Ensayo de penetración normal en el cuerpo del talud. 17 Figura 14. Ensayo de penetración normal en la base del talud. Estos ensayos de penetración normal, permitieron establecer claramente la presencia de una capa de suelo arcilloso color rojo, el cual, en la zona del deslizamiento abarca la totalidad de la altura expuesta del mismo. Por lo tanto, es sobre esta capa que se enfocará el análisis de estabilidad y para la cual se obtendrán los parámetros de resistencia requeridos. La figura siguiente ilustra los ensayos de resistencia efectuados en laboratorio para la capa de material arcilloso color rojo. Figura 15. Ensayo con torquímetro para muestras en tubos Lainer. 18 La Tabla 1, muestra los resultados obtenidos con el ensayo del Torquímetro de Torvane. Tabla 1. Resultados de ensayos con el Torquímetro de Torvane. Tubo Origen Profundidad (m) Resistencia al corte (Ton/m2) 1 Ensayo 1 3,0 4,95 2 Ensayo 2 1,0 3,77 3 Ensayo 2 5,5 4,84 Fuente: El autor. La figura siguiente, ilustra la ubicación de los ensayos de penetración normal. Figura 16. Ubicación de ensayos SPT. 19 La perforación número 1, se ubicó según la sección topográfica designada con la letra D. Según el informe de geología local, esta sección y por lo tanto también la perforación, se ubican cerca del contacto con la andesita. Este contacto, no es apreciable debido a que en el sitio se han dado remociones de material, con el fin de mantener el camino en uso. Los resultados de esta perforación muestran un número bajo de golpes hasta los tres de profundidad. Luego de este nivel se incrementa el número de golpes hasta alcanzar el rebote del mazo a cuatro metros de profundidad. Las muestras obtenidas en todo el sondeo muestran inicialmente un material con un alto contenido de materia orgánica y posteriormente un suelo de color rojo hasta llegar al rebote. En este caso el menor valor de NSPT fue de 5. En la Figura 17, se realiza una interpretación gráfica de los resultados de esta perforación. Figura 17. Interpretación de los resultados del ensayo No 1. 20 En el caso del ensayo No 2, los golpes obtenidos fueron bastante uniformes hasta una profundidad de cinco metros con cincuenta centímetros, donde se produjo una reducción importante de este parámetro y posteriormente rebote de mazo. En toda la profundidad se obtuvieron muestras de suelo color rojo. En la figura 18 se observa la muestra obtenida a seis metros de profundidad, donde se produjo el rebote de mazo. Los materiales observados en esta figura, muestran la presencia del suelo rojo, sobre una pequeña capa de material amarillo y posteriormente fragmentos de roca. Este sondeo, se colocó según la sección topográfica de mayor altura. Es importante mencionar que la muestra obtenida a 6 metros de profundidad mostró rastros de humedad y plasticidad importantes. Esta profundidad podría indicar la zona más débil del estrato, y por la tanto la ubicación de la superficie de falla, la cual puede establecerse por el pie del talud. Este resultado es muy importante para establecer el mecanismo de falla a través de la base del talud, sino también para verificar los aspectos indicados en el capítulo anterior, como la causa del deslizamiento. Por otra parte, permite establecer también que la falla por cortante del suelo ocurrió a través de una capa de suelo con un número máximo de golpes de Nspt = 9. 21 Figura 18. Detalle de muestra obtenida en la perforación 2, a 6 m de profundidad. 22 En la Figura 19, se puede observar la interpretación, según la sección topográfica de los resultados obtenidos en la perforación 2. Figura 19. Interpretación de los resultados del ensayo No 2. El ensayo número tres, permitió alcanzar una profundidad de sondeo de diez metros. A esta profundidad se produjo el rebote de mazo. Los golpes registrados muestran un incremento de golpes hasta una profundidad de cuatro metros, a partir de este nivel se reduce el número de golpes para a partir de los 5,5 m incrementarse de nuevo hasta el rebote de mazo. Es importante mencionar que, en la totalidad del sondeo, se detectó únicamente la toba rojiza. El sondeo dos y tres se realizaron con una diferencia topográfica de 1,5 m por lo que el estrato blando detectado en el sondeo tres, se ubica a una profundidad muy similar al detectado en el sondeo dos. Esta situación permite verificar la ubicación de la superficie de falla, a través de esta zona blanda. En el caso del sondeo tres, el número de golpes para esta zona es de Nspt = 5. 23 En la table siguiente se presenta una relación entre NSPT y la resistencia a la compresión simple. Tabla 2. Resistencia al corte no drenado de suelos cohesivos según el parámetro NSPT. NSPT Cu (kg/cm2) ൏ ʹ ൏ Ͳǡͳʹͷ 2 ± 4 0,125 ± 0,25 4 ± 8 0,25 ± 0,5 8 ± 15 0,5 ± 1 15 ± 30 1 ± 2 ൐ ͵Ͳ ൐ ʹ Fuente: www.estudiosgeotecnicos.info/index.php/spt-suelos-cohesivos Según la tabla anterior, el valor de la cohesión no drenada, según los golpes obtenidos en cada sondeo, se pueden establecer de la siguiente forma: Tabla 3. Cohesión no drenada del suelo del sitio objeto de estudio según el parámetro NSPT obtenido en cada ensayo según los datos de la Tabla 2. Sondeo NSPT Consistencia Cu (kg/cm2) Cu (ton/m2) 1 5 Media 0,313 3,13 2 9 Firme 0,571 5,71 3 5 Media 0,313 3,13 Fuente: El autor 24 Los parámetros de resistencia, se pueden obtener también a través de un análisis retrospectivo del talud. En la figura siguiente se observa una vista del sitio en el año 2012. Figura 20. Vista del sitio de deslizamiento el día 21 de enero 2010. Como se puede observar en la figura anterior, aún no se había producido el deslizamiento a la fecha de la fotografía. El trazo del camino es muy similar al actual. Por otra parte, se observa la corona del deslizamiento en las orillas del camino. Según la figura siguiente, la corona del talud se ubicaba sobre la curva de nivel 105, la cual es la misma que actualmente persiste en los taludes existentes, que no han sido objeto de deslizamientos. 25 Figura 21. Proyección de la curva de nivel 105 en forma paralela al trazo del camino. En la figura siguiente se observa el sitio del deslizamiento una vez que el mismo ya había ocurrido. Por lo tanto, el deslizamiento ocurrió entre el 21 de enero de 2010 y el 13 de febrero de 2012, las cuales son las fechas de las fotografías mostradas en las Figura 20 y Figura 21. Figura 22. Vista del sitio de deslizamiento el día 13 de febrero 2012. 26 La fotografía más reciente se muestra en la Figura 23. Figura 23. Vista del sitio de deslizamiento el día 08 de junio de 2013. Según la Figura 21, para efectos de hacer un análisis retrospectivo del talud, se utilizará la siguiente sección transversal, la cual será analizada por el método de las dovelas o de Fellenius. Figura 24. Propuesta de sección transversal antes de la ocurrencia del deslizamiento. 27 Como se puede observar en la figura anterior, el talud en la colindancia se ha llevado hasta la curva de nivel 105 con un ángulo cercano a la vertical. Tal y como se aprecia en los taludes existentes en zonas aledañas al sitio del evento y sobre el mismo camino. Luego se extiende esta superficie hasta el nivel actual de terreno. En la figura siguiente, se observar la pendiente casi vertical de los taludes existentes, cerca del sitio de ocurrencia del evento, cuya corona se ubica entre las curvas de nivel 105 y 100. Figura 25. Taludes ubicados en las cercanías de ocurrencia del deslizamiento. En la Figura 26, se puede observar el análisis retrospectivo del talud, según las características antes descritas. Con base en este análisis retrospectivo fue posible establecer un valor de cohesión última, en el momento de ocurrencia del evento del orden de: 3,93 ton/m2. 28 El dato anterior es muy similar al obtenido en sitio con los ensayos de SPT y con el Torquímetro de Torvane. Figura 26. Análisis retrospectivo del talud. El dato de cohesión obtenido en este análisis será utilizado para el análisis de las diversas propuestas de estabilización para el talud. Como complemento al análisis retrospectivo realizado anteriormente, se seleccionaron cuatro taludes de cortes de carretera, cercanos al sitio del deslizamiento, con el fin de realizar un análisis retrospectivo de los mismos, y establecer su valor de cohesión para un factor de seguridad igual a uno. En la tabla siguiente se muestra el resultado de este análisis. 29 Tabla 4. Valores de cohesión para factores de seguridad unitarios en cuatro taludes cercanos al sitio del deslizamiento. Talud Altura (m) Inclinación (grados) Ne (Taylor) Cu (ton/m2) 1 7,5 85 0,24 3,21 2 8,0 80 0,23 3,22 3 7,5 88 0,25 3,28 4 8,0 80 0,23 3,22 Fuente: El autor El valor de cohesión se obtuvo mediante la aplicación de los números de estabilidad de Taylor. Como se puede observar de la tabla anterior, el valor de cohesión es ligeramente menor al mostrado en la Figura 26 y por lo tanto su empleo nos permite realizar un análisis menos conservador. En la Figura 27 se observan los taludes con base en los cuales se construyó la Tabla 4. Figura 27. Taludes utilizados para retro análisis. 30 1.4 Propuesta de estabilización. Según los resultados de los ensayos de SPT, así como de los ensayos realizadas sobre muestras obtenidas en tubos Lainer el valor de cohesión permite clasificar el suelo del sitio como una arcilla blanda. Este valor de cohesión es confirmado por el análisis retrospectivo del capítulo anterior. Este valor de cohesión permite concluir la necesidad de un método de estabilización del talud que implique una colocación reducida de material además de manejar alturas bajas de posibles terrazas. La disponibilidad de materiales en el sitio orientaría la solución propuesta hacia la utilización de terraceos y estructuras de retención basadas en el empleo de estos materiales presentes. El análisis adecuado, debido a las características del suelo de sitio, además de la inestabilidad del material aún presente, sería desde el punto de vista de esfuerzos totales, donde se considerará el caso más crítico de resistencia del suelo presente en la zona del deslizamiento. Con base en lo anteriormente expuesto, se muestra en la Figura 27, la geometría propuesta para el talud, con el fin de lograr un factor de seguridad adecuado contra la falla por cortante del suelo. Esta geometría se basa en el principio de eliminar peso en la zona donde se originan momentos movilizadores, así como de colocar un contrapeso, construido con el mismo material extraído, en la zona donde se ubican los momentos movilizadores. Este contrapeso es complementado con una estructura de retención en la base del talud, construida en tierra armada con geotextil. 31 Figura 28. Geometría propuesta para la estabilización del talud. En la figura anterior, la línea a trazos indica la geometría actual del talud. Como se puede observar se deben de realizar labores de corte y relleno, las cuales deben de ser complementadas con la construcción de una línea de drenaje en la parte posterior del muro, así como contracunetas en las coronas de las terrazas. La ubicación de estas obras, se detallarán en el capítulo siguiente. La solución mostrada, está constituida por niveles de terrazas. La terraza 1, tendría una altura de 3,6 metros con una pendiente vertical. Es producto de únicamente corte de material. La terraza 2, por su parte, tendría una altura de 9 metros, con un ángulo con la horizontal de 50 grados. También es producto de corte únicamente. Finalmente, la terraza 3, es producto de corte y relleno, tal y como se aprecia en la Figura 28. Se caracteriza por contar con una estructura de retención en tierra armada para su retención y para brindar un contrapeso al talud, para lograr un factor de seguridad contra la falla global, adecuado. 32 1.4.1 Análisis de estabilidad de la terraza 1. El análisis por deslizamiento local, para la terraza 1, a través de la propuesta de Taylor. Según la referencia 3, Taylor relacionó la estabilidad de un talud cohesivo, homogéneo con el terreno de cimentación, a un número, denominado precisamente número de estabilidad y definido por la expresión: ௘ܰ ൌ � ௨ܥ ௠�݄ߛ � (Ecuación 1) Continúa la referencia 3, en su página 319, con la indicación de que todas las inclinaciones de taludes menores a 53 grados tienen las mismas condiciones de estabilidad (mismo Ne = 0,181). La figura 28, muestra como el ángulo de inclinación propuesto para la terraza es de 90 grados, y por lo tanto el número de estabilidad sería de 0,26. Por otra parte, la misma figura muestra como las terrazas tienen una altura similar de 3,6 metros. Luego, el valor de cohesión requerido para un factor de seguridad uno, según el número de estabilidad de Taylor antes mencionado, sería: ௨ܥ ൌ ௘ܰߛ௠�݄� (Ecuación 2) así, Cu = 0,26 1,75 ton/m3 3,6 m = 1,64 ton/m2 De esta forma, el factor de seguridad contra la falla por cortante del suelo sería el siguiente: ܵܨ ൌ � ௨�ௗ௜௦௣௢௡௜௕௟௘ܥ ௨�௥௘௤௨௘௥௜ௗ௔�௣௔௥௔�ிௌୀଵܥ � (Ecuación 3) 33 entonces, el factor de seguridad tendría un valor de: ܵܨ ൌ � ͵ǡͻ͵ ͳǡ͸Ͷ ൌ ʹǡ͵ͻ El factor de seguridad anterior garantiza la estabilidad de las terrazas 1 contra una falla loca. 1.4.2 Análisis de estabilidad de la terraza 2. Según la fuente 3, en su página 316, los métodos de análisis límite disponibles para calcular la posibilidad de que se desarrolle un deslizamiento de tipo rotacional en el cuerpo de un talud, al igual que prácticamente todos los métodos de cálculo de estabilidad de taludes, siguen tres pasos fundamentales: 1. Se establece una hipótesis sobre el mecanismo de la falla que se producirá. Ello incluye tanto la forma de la superficie de falla como una descripción cinemática completa de los movimientos que se producirán sobre ella y un análisis detallado de las fuerzas motoras. 2. Se adopta una ley de resistencia previa para el suelo. Las leyes en uso en la actualidad ya han sido suficientemente discutidas. Con base en tal ley se podrán analizar las fuerzas resistentes disponibles. 3. 6H� HVWDEOHFH� DOJ~Q� SURFHGLPLHQWR� PDWHPiWLFR� GH� ³FRQIURQWDFLyQ´�� SDUD� definir si el mecanismo de falla propuesto podrá ocurrir o no bajo la acción de las fuerzas motoras, venciendo el efecto de las fuerzas resistentes. La Figura 29, muestra el análisis, por del método de las dovelas para esta terraza. El centro de la superficie de falla se escogió de tal forma de lograr la ubicación de esta por el pie del talud, ya que cualquier otra superficie de falla no se considera lógica, debido al contrapeso que sobre la misma constituyen la terraza 1 y la estructura de retención. Es importante mencionar, la limitación de una distancia horizontal sobre la corona del talud de 6 m, debido a la topografía real del sitio. 34 Figura 29. Análisis de estabilidad terraza 2. El factor de seguridad para este caso es de 1,21 según se puede observar en la Figura 29. 1.4.3 Análisis de estabilidad de la propuesta. De igual forma, se empleará el método de las dovelas para este análisis. Luego de realizar diversos tanteos, con el fin de ubicar la superficie de falla más realista, se logró determinar la ubicación de esta sobre la línea de centro de la geometría del talud. Por otra parte, la misma deberá cruzar por la base de este. Se realizaron diversas iteraciones con el fin de lograr ubicar el centro de la superficie de falla más crítica. Estas iteraciones consistieron en la variación vertical del centro de la superficie de falla, iniciándose el análisis a niveles de altura cercanos a la superficie de la terraza 3 para posteriormente incrementar su valor. 35 La ubicación de la superficie más crítica se logra cuando se produce un aumento del factor de seguridad. En las figuras siguientes, se muestran los análisis realizados para centros de superficie de falla ubicados en seis puntos diferentes. En la figura 36, se muestra una gráfica en la cual se resumen los factores de seguridad obtenidos en cada una de las iteraciones efectuadas, con el fin de ubicar la superficie de falla más crítica. La superficie de falla más crítica será aquella de menor factor de seguridad contra la falla por cortante del suelo. Figura 30. Iteración 1. Factor de seguridad 1,85. 36 Figura 31. Iteración 2. Factor de seguridad 1,56. Figura 32. Iteración 3. Factor de seguridad 1,48. 37 Figura 33. Iteración 4. Factor de seguridad 1,39. Figura 34. Iteración 5. Factor de seguridad 1,26. 38 Figura 35. Iteración 6. Factor de seguridad 1,29. Como se puede observar, luego de la iteración 6, se produce un incremento en el factor de seguridad, por lo que podría definirse la superficie de falla más crítica mediante la iteración 5, mostrada en la Figura 34. De esta forma, el factor de seguridad contra la falla por cortante del suelo, para la geometría propuesta en la Figura 28, sería de 1,26. Este valor indica la estabilización del talud en forma eficiente, mediante la solución antes descrita. La Figura 36, muestra un resumen de los factores de seguridad obtenidos en cada una de las iteraciones. 39 Figura 36. Resumen de factores de seguridad obtenidos en cada iteración. 1.4.4 Optimización de la sección propuesta. En la Figura 37, se muestra una nueva propuesta para incrementar el factor de seguridad obtenido como el más crítico, esto debido al hecho de que el valor de 1,26 no sería seguro en caso de la ocurrencia de un sismo. Para el análisis de la nueva propuesta se realizará mediante el método de las dovelas. El centro de la superficie de falla será el mismo utilizado para la superficie con factor de seguridad 1,26. 40 Figura 37. Geometría optimizada para la estabilización del talud. Para el caso de la terraza superior, el valor de cohesión requerido para un factor de seguridad uno, según el número de estabilidad de Taylor, sería: ௨ܥ ൌ ௘ܰߛ௠�݄� (Ecuación 2) así Cu = 0,26 1,75 ton/m3 5,1 m = 2,32 ton/m2 De esta forma, el factor de seguridad contra la falla por cortante del suelo sería el siguiente: ܵܨ ൌ � ௨�ௗ௜௦௣௢௡௜௕௟௘ܥ ௨�௥௘௤௨௘௥௜ௗ௔�௣௔௥௔�ிௌୀଵܥ (Ecuación 3) Esc: 1 cm = 3m 41 entonces, el factor de seguridad tendría un valor de: ܵܨ ൌ � ͵ǡͻ͵ ʹǡ͵ʹ ൌ ͳǡ͹ El factor de seguridad anterior, garantiza la estabilidad de la terraza superior, contra la falla por cortante. La Figura 38 muestra el análisis de la falla global, para la propuesta de estabilización, así como el análisis de la falla para la serie de terrazas sugeridas en la zona de momentos movilizadores del talud. Como se puede observar en tal figura, el factor de seguridad para el grupo de terrazas es de 1,4 el cual se considera bastante aceptable. Por otro lado, para el caso de la falla global, el factor de seguridad sería de 2,1 con la nueva geometría sugerida. Figura 38. Análisis de estabilidad contra la falla global y del grupo de terrazas. 42 1.4.5 Análisis en esfuerzos efectivos para la sección propuesta. Existen numerosas correlaciones entre NSPT y Ø´. Una relación entre estas dos variables es la establecida por el Japan Road Bureau (JRB), la cual establece que: Ʋ׎ ൌ ͳͷ ൅�ሺͻǡ͵͹ͷ�ܰሻ଴ǡହ (Ecuación 4) Según la (Ecuación 4, para un N de 5, se tendría un ángulo de fricción del orden de: Ʋ׎ ൌ ͳͷ ൅�ሺͻǡ͵͹ͷݔͷሻ଴ǡହ entonces Ʋ׎ ൌ ݏ݋݀ܽݎ݃�ʹʹ La construcción mostrada en la Figura 39, permite estimar la cohesión asociada a este parámetro de resistencia. Figura 39. Círculo de Mohr mediante el cual se obtiene el parámetro C´. La figura anterior, permite aproximar el valor de cohesión efectiva a 2,7 ton/m2. De esta forma la envolvente de falla estaría dada por la siguiente ecuación: ߬Ʋ ൌ ʹʹ�݃ݐ�Ʋߪ� ൅ ͳǡͶ (Ecuación 5) 43 La Figura 40, muestra el cálculo del factor de seguridad, mediante el empleo de los parámetros efectivos del suelo. Figura 40. Análisis de estabilidad global en esfuerzos efectivos. El factor de seguridad obtenido en este caso fue de 2,5. Este factor es ligeramente mayor al obtenido en esfuerzos totales, el cual es un valor aceptable para garantizar la estabilidad de la geometría propuesta. 44 1.5 Detalles de estructuras según propuesta de estabilización. 1.5.1 Dimensionamiento de muro de retención con refuerzo geotextil. Según la referencia 4, en su página 438, en este tipo de muros de retención, la fachada del muro se forma traslapando las hojas una longitud ll. Según la propuesta de estabilización mostrada en el capítulo anterior, se debe utilizar un muro de este tipo de 3 m de base y 3 m de altura. La misma referencia 4, en su página 438, muestra un procedimiento para el dimensionamiento de este tipo de estructura de retención, el cual será aplicado seguidamente. 1.5.2 Estabilidad interna: 1) Determine la distribución de la presión activa sobre el muro con: ௔ߪ ൌ �݇௔ߛ�ଵݖ� (Ecuación 6) donde, ݇௔ ൌ ܴ݁݊݅݇݊ܽ�݁݀�ܽݎݎ݁݅ݐ�݁݀�݊×݅ݏ݁ݎ݌�݁݀�݁ݐ݂݊݁݅ܿ݅݁݋ܿ ൌ � ଶ݊ܽݐ ቀͶͷ െ ߮ ʹቁ (Ecuación 7) �ଵߛ ൌ Ǥ݋݈݈݊݁݁ݎ�݈݁݀�݋À݂݅ܿܿ݁݌ݏ݁�݋ݏ݁݌ Entonces en nuestro caso: ݇௔ ൌ ଶ݊ܽݐ ቀͶͷ െ ߮ ʹቁ ൌ � ଶ݊ܽݐ ൬Ͷͷ െ ʹʹ ʹ ൰ ൌ ͲǡͶͷͷ luego, ௔ߪ ൌ �ͲǡͶͷͷ כ ͳǡ͹ͷ ݊݋ݐ ݉ଷ כ ͵�݉ ൌ ʹǡ͵ͺ݊݋ݐ�Ȁ݉ଶ 2) Seleccionar un tejido de geotextil que tenga una resistencia permisible de ıG (kN/m). En este caso se selecciona un geotextil con resistencia permisible de 1,43 ton/m (80 lb/in). 3) Determine el espaciamiento vertical de las capas a cualquier profundidad z con: 45 ܵ௏ ൌ � ீߪ ܵܨ�௔݇�ݖଵߛ (Ecuación 8) En nuestro caso se asume FS = 1,5. El espaciamiento entre capas sería de: ܵ௏ ൌ � ͳǡͶ͵݊݋ݐ�Ȁ݉ ͳǡ͹ͷ� ଷ݉݊݋ݐ כ ͵�݉ כ ͲǡͶͷͷ כ ͳǡͷ �ൌ ͲǡͶͲ�݉ 4) Determinar la longitud de cada capa del geotextil con: ܮ ൌ � ݈௥ ൅� ݈௘ (Ecuación 9) donde, ݈௥ ൌ � ܪ െ ݖ ��� ቀͶͷ ൅ ߮ ʹቁ (Ecuación 10) y, ݈௘ ൌ � ܵ௏ߪ�௔ܵܨ� ௏ߪ�ʹ ���߮ி (Ecuación 11) donde, ௔ߪ ൌ ௔݇�ݖ�ߛ� ௏ߪ ൌ ݖ�ߛ� (Ecuación 12) en nuestro caso se asume FS = 1,5 y se toma: ߮ி ൌ ݋݈݁ݑݏ�݁݀�ݖ݂ܽݎ݁ݐ݊݅�݈ܽ�ݕ�݈݅ݐݔ݁ݐ݋݁݃�݈݁�݁ݎݐ݊݁�݊×݅ܿܿ݅ݎ݂�݁݀�݋݈ݑ݃݊�� ൌ ʹ ͵ �߮ ൌ ͳͶǡ͹�݃ݏ݋݀ܽݎǤ 46 Con base en la información anterior se prepara la siguiente tabla: Tabla 5. Longitud de capas de geotextil. Fuente: El autor 5) Determinar la longitud de traslape según: ݈௟ ൌ � ܵ௏ߪ�௔ܵܨ Ͷߪ�௏ ���߮ி (Ecuación 13) La longitud mínima de traslape debe ser 1 m. Para nuestro caso: ݈௟ ൌ � ܵ௏ߪ�௔ܵܨ Ͷߪ�௏ ��� ߮ி �ൌ � ܵ௏݇�ݖ�ߛ�௔ܵܨ� Ͷݖ�ߛ� ��� ߮ி ൌ � ܵ௏�݇௔ݏܨ� Ͷ ���߮ி ൌ � ܵ௏ כ ͲǡͶͷͷ כ ͳǡͷ Ͷ ��� ͳͶǡ͹ ൌ Ͳǡ͸ͷ�ܵ௏ De esta forma, para el caso de SV igual a 0,4 m, el valor de ll sería de 0,26 m. Para el caso de SV igual a 0,3 el valor de ll sería de 0,2 m. En ambos casos, el traslape debe ajustarse al valor mínimo de 1 m. El último paso, sería revisar los factores de seguridad contra vuelco, deslizamiento y capacidad de carga. La tabla siguiente muestra los factores de seguridad mínimos establecidos por el Código de Cimentaciones para las revisiones antes indicadas. 47 Tabla 6. Factores de Seguridad Mínimos para el análisis de muros de retención según el Código de Cimentaciones de Costa Rica. Acción Factor de seguridad mínimo. Fuente Capacidad Soportante 3,00 Sección 6.3.1 y Cuadro 3.2. Código de Cimentaciones de Costa Rica. Deslizamiento 1,50 Sección 6.3.2 Código de Cimentaciones de Costa Rica. Volcamiento 1,50 Sección 6.3.3 Código de Cimentaciones de Costa Rica. Fuente: Código de Cimentaciones de Costa Rica. 1.5.3 Capacidad soportante. Según la referencia 5, en su página 129, la capacidad de soporte última del terreno, sobre el que se apoya el muro de retención, se debe estimar mediante la siguiente ecuación: ௨௟௧ݍ ൌ � ܤ�ଵߛ ʹ � ఊܰ ൅ ܿ� ௖ܰ ൅ �௙ܦ�ଶߛ� ௤ܰ (Ecuación 14) Para nuestro caso, ௨௟௧ݍ ൌ � ͳǡ͹ͷ ଷ݉݊݋ݐ כ ͵�݉ ʹ כ ͵ ൅ ͳǡͶ ݊݋ݐ ݉ଶ כ �ͳͺ ൌ �͵͵ǡͲͺ ݊݋ݐ ݉ଶ ���� Por otra parte, como la figura geométrica que representa al muro es un cuadrado de lado 3, no existe excentricidad y, por lo tanto, según la referencia 5, la presión máxima y mínima sobre el suelo de fundación se estima según la siguiente ecuación: ௠�௫�௢�௠À௡ݍ ൌ � ܲ ܣ כ ൬ͳ� േ� ͸�݁௕ ܤ �േ � ͸�݁௅ ܮ ൰ (Ecuación 15) 48 Para nuestro caso se debe considera un valor de excentricidad dado por el valor del momento de vuelco de empuje activo dividido por la resultante de fuerzas verticales. El empuje activo sería de: ஺ܧ ൌ ʹǡ͵ͺ ଶ݉݊݋ݐ כ ͵�݉ ʹ ൌ ͵ǡͷ͹݊݋ݐ�Ȁ݉௟௢௡௚௜௧௨ௗ�ௗ௘�௠௨௥௢ Por otra parte, ܲ ൌ ʹǡͶ ݊݋ݐ ݉ଷ כ ͵�݉ כ ͵�݉ כ ͳ�݉� ൌ ʹͳǡ͸݊݋ݐ� Así, ݁ ൌ � ͵ǡͷ͹݊݋ݐ� כ ͳ�݉ ʹͳǡ͸݊݋ݐ� ൌ Ͳǡͳ͹�݉� El tercio medio central sería igual a B/6 es decir 0,5 m. Y puesto que 0,17 m es menor que 0,5 m la ecuación 15 es válida. Entonces: ௠�௫ݍ ൌ � ʹͳǡ͸݊݋ݐ� ͵�݉ כ ͳ�݉�൬ͳ ൅ ͸ כ Ͳǡͳ͹�݉ ͵�݉ ൰ ൌ �ͻǡ͸ͷ݊݋ݐ�Ȁ݉ଶ Luego el factor de seguridad sería de: ܵܨ ൌ � ͵͵ǡͲͺ ͻǡ͸ͷ ൌ ͵ǡͶ͵� ൐ ͵ 1.5.4 Estabilidad contra deslizamiento. Según la referencia 5, en su página 130, la condición de falla por deslizamiento se debe verificar comparando la componente horizontal de la fuerza de empuje con a la fuerza resistente, calculada según la ecuación: ܵ௠௔௫ ൌ ܸ ��� ߜ ൅ ௔ܥ�ܤ (Ecuación 16) En nuestro caso: ܵ௠௔௫ ൌ ʹǡͶ ݊݋ݐ ݉ଷ כ ͵�݉ כ ͵�݉ כ ��� ͳͶǡ͹ ൅ ͵�݉ כ ͳǡͶ ݊݋ݐ ݉ଶ ൌ ͻǡͺ͹݊݋ݐ�Ȁ݉௟௢௡௚௜௧௨ௗ�ௗ௘�௠௨௥௢� 49 Por otra parte, el empuje activo sería de 3,57 ton tal y como se estimó en el apartado anterior. Entonces, el factor de seguridad sería: ܵܨ ൌ � ܵ௠௔௫ ஺ܧ ൌ ͻǡͺ͹ ͵ǡͷ͹ ൌ ʹǡͺ� ൐ ͳǡͷ 1.5.5 Estabilidad contra volcamiento. La referencia 5, en su página 131, indica que el factor de seguridad contra volcamiento se calcula analizando el equilibrio de momentos con relación al pie del muro. Se calcula el factor de seguridad contra el volcamiento a partir de la siguiente expresión: ܵܨ ൌ � ௘௦௧ܯ ௩௢௟ܯ (Ecuación 17) Donde: Mest = Sumatoria de los momentos de las fuerzas estabilizadoras. Mvol = Sumatoria de los momentos de las fuerzas de volcamiento. En nuestro caso: ௘௦௧ܯ ൌ �ʹǡͶ ݊݋ݐ ݉ଷ כ ͵�݉ כ ͵�݉ כ ͳ�݉ כ ͳǡͷ�݉ ൌ ͵ʹǡͶ݊݋ݐ� െ݉ ௩௢௟ܯ ൌ ͵ǡͷ͹݊݋ݐ� כ ͳ�݉ ൌ ͵ǡͷ͹݊݋ݐ� െ ݉ Finalmente, el factor de seguridad sería de: ܵܨ ൌ � ͵ʹǡͶ ͵ǡͷ͹ ൌ ͻǡͳ� ൐ ͳǡͷ En la figura siguiente se observa la estructuración propuesta para el muro de tierra armada. 50 Figura 41. Detalle de muro de tierra armada. El muro propuesto debe ser complementado con la construcción de un sistema de drenaje posterior al mismo, con el fin de captar cualquier componente freática que pudiese originarse. Este drenaje debe ser colocado a la largo del muro y ubicado al pie de este. La figura siguiente muestra un diagrama de la ubicación de este drenaje. 51 Figura 42. Detalle de drenaje posterior al muro. El caudal captado por este sistema debe de ser enviado al sistema pluvial a construir para este fin. 1.5.6 Control de escorrentía superficial. El control de la erosión hídrica es un tema de vital importancia para garantizar la permanencia de las propiedades del suelo, así como de los diseños efectuados. El suelo observado en el sitio, debido a su tamaño de partícula, es susceptible a la erosión, por esta razón la construcción de contracunetas, así como la canalización del agua de escorrentía superficial hacia un sistema pluvial, debe de ser considerado para prevenir este tipo de erosión. En la figura siguiente se muestra una estimación del área que podría drenar hacia el sitio de emplazamiento del deslizamiento, a nivel superficial. 52 Figura 43. Microcuenca para la estimación del caudal para contracunetas. Se sugiere la construcción de contracunetas en forma paralela a cada una de las terrazas a co