Caracterización de materiales para establecer profundidad de falla en deslizamientos traslacionales tipo creep o reptación. BERNAL VILLATE. Andrés Felipe Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Servicios de Ingeniería LTDA RAMIREZ. Oscar Hernán Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, 16 de Septiembre de 2016
INTRODUCCION el conocimiento de las condiciones del suelo, es un aspecto que se vuelve muy importante, a la hora de ejecutar una obra de tipo civil, especialmente de características viales, pues ante la incorrecta intervención de un sector, se pueden llegar a presentar movimientos o fenómenos de remoción en masa que pueden ser locales, como también afectar grandes extensiones, hasta el punto de volverse incontraolables, o llegara a afectar siginificativamente a poblaciones aledañas, entre las que se encuentra el movimiento lento del suelo, conocido como reptación o creep del suelo. ante esta condición, el presente artículo, muestra un ejemplo de ocurrencia de un proceso de reptación del suelo, en el cual, además de identificar las condiciones de falla mediante programas computacionales o software especializado, se realizó la identificación de las condiciones físicas del movimiento mediante la caracterización física, mecánica, estableciendo el comportamiento que pueden llegar a desarrollar estos suelos, y así corroborar, que tan efectivo es la utilización de un software de equilibrio límite para estas situaciones.
DESCRIPCION DEL SITIO. El sitio de estudio se encuentra localizado en cercanías del municipio de Guateque, sobre a vía principal que conduce del municipio al sector conocido como las juntas sobre el kilómetro 1.4 desde la cabecera municipal; El movimiento del terreno, que se presenta en la zona de estudio, corresponde a un movimiento lento de la superficie, que afecta un área en la que está involucrado parte del corredor vial, Vista general de la Zona
Sitios de afectación del movimiento y localización de cauces
Condiciones de la zona Condiciones de las obras de la zona
MOVIMIENTO El movimiento que se presenta en el sitio, corresponde a un proceso de deformación lenta del terreno, que es denominado fenómeno de reptación, pues en la zona, en suelo que se plastifica por incrementos de agua, logra la saturación total, ocasionando un cambio en la consistencia, y por efecto de la pendiente, este se desplaza con diferentes tasas de velocidad desde la superficie, hasta la profundidad de falla. Vista general del movimiento del material.
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA Localización de sondeos Tipo y número de ensayos realizados Ensayo S1 S2 S3 S4 S5 S6 Profundidad 6.00 6.00 4.50 10.00 10.00 10.00 Humedad 8 8 7 4 5 4 natural Lavado sobre 6 6 6 4 4 4 el tamiz Nº200 Límites de 7 6 6 4 4 5 Atterberg Gravedad 2 2 2 1 2 2 Especifica Ensayo de 6 5 2 3 3 - SPT. Veleta de - 2 1 1 - - laboratorio Compresión 2 2 1 2 2 2 inconfinada Corte Directo - 1-1 1 - Consolidación 1 - - - - 1 unidimensional
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA Bloquediagrama de la zona Perfil Longitudinal del sitio
DETERMINACION DE PROFUNDIDA DE FALLA MEDIANTE ANALISIS DE ESTABILIDAD Parámetros representativos de los materiales encontrados en el sitio. Material 1 2 3 4 5 Descripción Grava con limos de baja plasticidad Arcilla de baja plasticidad Limo de baja plasticidad Grava con limos de baja plasticidad Arcilla de baja plasticidad Cohesión efectiva (t/m 2 ) Cohesión no drenada (t/m 2 ) 10.3 29.0 Angulo de fricción f (º) Peso unitario total (t/m 3 ) 33 2.28 2.17 4.1 21 1.97 10.3 33 2.28 3.8* 19* 1.96* Peso unitario seco (t/m 3 ) 2.06 1.89 1.87 2.06 1.54*
DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES BASICAS Estados de saturación de los Materiales Vw Ww e 0 V W 1 + e Gs γ w w γ w w w + 1 Gs γ w Vs Ws 1 Gs γ w 1
PROPIEDADES BÁSICAS DEL SUELO Composición Mineralógica Condiciones Ambientales Uso del Suelo
COMPORTAMIENTOS ESPERADOS Humedad (w) 0 Límites L c L p L L Estado Sólido Semisólido Plástico Viscoso Deformación Elástico Elastoplástico Plástico Viscoso Cambio volumen V = 0 V 0 V 0 V 0 Comportamiento Rígido Cambios de forma con pequeños cambios de vol. Cambio de forma y conserva parcialmente su volumen Cambio forma y volumen
LIMITES DE CONSISTENCIA Limite de Contracción Limite Plástico Limite Liquido
ESTADO SOLIDO
ESTADO PLÁSTICO
ESTADO LIQUIDO
APLICACIONES Estabilidad de Taludes
DETERMINACION DE PROFUNDIDA DE FALLA MEDIANTE ANALISIS DE ESTABILIDAD Condición de estabilidad ante condiciones saturada sísmicas totales y falla circular Condición de estabilidad ante condiciones saturada sísmicas totales y falla no circular
DETERMINACION DE PROFUNDIDA DE FALLA MEDIANTE ANALISIS DE ESTABILIDAD Teniendo en cuenta todas las condiciones anteriormente mencionadas, en donde se observa que se presenta una inestabilidad ante los fenómenos sísmicos y de saturación, se establece que el detonante más probable del movimiento es el agua, en donde se registran factores de seguridad inferiores al admisible, situación que se debe controlar, pues por estos factores desfavorables, actualmente se están produciendo unas altas deformaciones en la zona; además de esto, las estructuras que se realicen en el sector, deben poseer una profundidad entre los 2.0 m y 3.0 m, para controlar todas las superficies potencialmente críticas, ya sean de forma circular, o no circular.
IDENTIFICACIÓN DE PROFUNDIDAD DE FALLA A PARTIR DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES se observa que se tienen grandes cambios, pero se aprecia un comportamiento descendiente en el contenido de agua, en los 4 sondeos a una profundidad entre los 4 y 5 metros, por lo que se puede establecer que la zona inestable se encuentra a esta profundidad. Variación de la humedad natural en los sondeos cercanos a la vía
Profundidad (m) Profundidad (m) IDENTIFICACIÓN DE PROFUNDIDAD DE FALLA A PARTIR DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES % 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 Sondeo 2 w LL LP ws Condición de Humedad y límites para sondeo 2 Sondeo 4 Humedad Natural (%) 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 w LL LP IP ws Condición de Humedad y límites para sondeo 4
IDENTIFICACIÓN DE PROFUNDIDAD DE FALLA A PARTIR DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Condiciones del material ante la saturación
IDENTIFICACIÓN DE PROFUNDIDAD DE FALLA A PARTIR DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Resistencia al corte directo Sondeo/ Muestra Profundidad [m] Peso Unitario (t/m 3 ) Cohesión no drenada [kg/cm²] Fricción ( ) S2/M4 2.90 1.97 0,41 21 Material Limo con Arena de Baja Plasticidad (ML) S4/M6 4.30 2,18 1.43 20 Limo de Baja Plasticidad (ML) S5/M5 3.80 1.96 0.38 19 Arcilla de Baja Plasticidad (CL)
IDENTIFICACIÓN DE PROFUNDIDAD DE FALLA A PARTIR DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Compresión inconfinada Sondeo/ Muestra Profundidad [m] Peso unitario (t/m 3 ) Cohesión no drenada (Kg/cm 2 ) Material S2/M3 1.80 1.89 3.57 S2/M4 2.80 1.94 1.00 Limo con Arena de Baja Plasticidad. (ML) Limo con Arena de Baja Plasticidad. (ML) S3/M3 1.80 2.17 2.90 Arcilla Arenosa con Grava de Baja Plasticidad. (CL) S3/M4 3.00 2.01 4.16 Limo de Baja Plasticidad. (ML) S4/M6 4.30 2.20 8.00 Limo de Baja Plasticidad. (ML) S4/M7 4.90 2.17 2.04 Limo de Baja Plasticidad. (ML) S5/M4 2.70 1.95 0.59 Arcilla con Grava de Baja Plasticidad. (CL) S5/M5 3.70 1.98 0.60 Arcilla de Baja Plasticidad (CL) S6/M5 4.70 2.28 1.03 Grava Arcillosa con Arena donde los finos son de Baja Plasticidad. (GC)
IDENTIFICACIÓN DE PROFUNDIDAD DE FALLA A PARTIR DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Resistencia al corte directo
IDENTIFICACIÓN DE PROFUNDIDAD DE FALLA A PARTIR DE CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Resistencia al corte directo Sondeo/ Muestra Profundidad [m] Peso Unitario (t/m 3 ) Cohesión no drenada [kg/cm²] Fricción ( ) S2/M4 2.90 1.97 0,41 21 Material Limo con Arena de Baja Plasticidad (ML) S4/M6 4.30 2,18 1.43 20 Limo de Baja Plasticidad (ML) S5/M5 3.80 1.96 0.38 19 Arcilla de Baja Plasticidad (CL) se aprecia que los materiales que se encuentran en los niveles superficiales, o entre la superficie del terreno y los 3.40 m, presentan unas resistencias oscilando entre 0.38 Kg/cm2, y los 0.41 Kg/cm2, pero en cercanías a estos, se tiene que por debajo de los 4.30 m, esta resistencia presenta un aumento significativo, pues se tiene una cohesión del material de 1.43 Kg/cm2, lo cual indica que a esta profundidad, se tiene la presencia de materiales mucho más competentes.
CONCLUSIONES El sitio de estudio, se encuentra predominado principalmente por materiales finos, correspondientes a arcillas de baja plasticidad, y limos de igual condición, aunque se presentan pequeños niveles o lentes de gravas en algunos sitios, condición que favorece el flujo en dirección de la pendiente. El movimiento que se tiene en el sitio se refleja por medio de un fenomeno de reptación o creep, proceso que se caracteriza por presentar tasas de movimiento bajas pero constantes al encontrarse el suelo saturado, movimiento que se da en sentido de la pendiente y que se traduce en la vía en agrietamientos al encontrarse una estructura de pavimento rígida. Ademas de esto, una vez se genere un aumento en el contenido de agua del material, ya sea por infiltracion o por flujos subsuperficiales, por condiciones de permeabilidad o capilaridad, las aguas van a llegar hasta una profundidad de terminada, la cual es indispensable conocer, ya que es la que va a definer de forma cuantitativa cual es el empuje que esta ejerciendo el material en sentido de la pendiente, y cual es el esfuerzo al que va a estar sometidos los posibles elementos de contencion o mitigarcion a estos desplaazmientos.
CONCLUSIONES Mediante el analisis de estabilidad de la zona, empleando un software, se pudo establecer que la forma de falla, efectivamente correspodia a un movimiento tipo plastic, con una superficie de falla no circular, sino que posee una superficie de falla de gran longitud, corroborando que corresponde a un movimiento del suelo tipo creep. Debido a que es necesario llevar a cabo la estabilizacion de la zona, es muy importante conocer con un detalle y una confiabilidad mayor la profunidad del material en movimiento, por lo tanto, se establece que con las caracteristicas fisicas y mecanicas de los materiales, es possible determiner esta condicion, por lo tanto, estableciendo las variaciones de parametros, como la humedad, condicion de saturacion, estados de consistecia, como tambien parametros mecanicos insitu y de laboratorio, se evidencia que la el espesor del material afectado es similar al obtenido mediante modelos computacionales, pero se presentan algunas variaciones que pueden ocasionar un alto impacto en las medidas de estabilizacion de la zona, y el corredor vial que se encuetra en un sector del movimiento.
REFERENCIAS Corporacion Autnoma de Chivor, CORPOCHIVOR. (Diciembre de 2014), Aspesctos Generales municipio de Guateque. Precipitacion municipioo de Guateque. Recuperado el dia 12 de Diciembre de 2014 desde. http://www.corpochivor.gov.co/sites/default/files/attach/ capitulo _III_caracterizaciongral.pdf ESCUELA SUPERIOR DE ADMINISTRACION PUBLICA (Diciembre de 2014). Aspectos Socioeconomicos del municipio de Guateque. Recuperado el dia 12 de Diciembre de 2014 de www.cdim.esap.edu.co/bancomedios/aspectossocioeconomicosguateque GEOSTRU SLOPE, (2014). Software Estabilidad de taludes, Licenciado por SERVICIOS DE INGENERIA LTDA SERVICIOS DE INGENERIA LTDA. (Diciembre de 2014), Estudio De Estabilidad Del Talud Ubicado En K1+400 Corredor El Sisga, Municipio De Guateque - Departamento De Boyacá.
GRACIAS