ANÁLISIS Y ESTABILIZACIÓN DE TALUDES CON GEOTEXTILES TEJIDOS PARA LA

FINCA LOS CAUCHOS EN EL MUNICIPIO DE PIEDECUESTA, SANTANDER

Autores: Rubén Darío Duarte Gutiérrez.

Darío Ricardo Pacheco.

Director: Ing. MSc. Wilfredo del Toro.

Co-Director: Ing. MSc. Mario Ramírez.

Tadm=Tult

FS; FS = FRID x FRFL x FRDQB

Donde:

Tult= Resistencia última del geotextil por el método de la tira ancha.

Tadm= Resistencia a la tracción disponible del geotextil.

FRID= Factor de reducción por daños de instalación.

FRFL= Factor de reducción por fluencia o creep.

FRDQB = Factor de reducción por degradación química y biológica

En relación al cargas sísmicas, tanto la norma AASHTO como el Reglamento Colombiano de Sismo Resistencia NSR-10, sugiere utilizar

un coeficiente de reducción para la aceleración sísmica en el diseño de taludes de 0,5, es decir, la aceleración horizontal pico efectiva para

diseño es 0,5*0,25=0,125; en cuanto a la aceleración vertical pico efectiva para diseño es un 10% de la aceleración horizontal, es decir:

0,5*0,25*0,1=0,0125.

De acuerdo a la NSR-10, asigna un factor de seguridad básico mínimo de 1,05 para taludes en condición pseudoestática y 1,5 para

condición estática, ambas con agua subterránea normal y coeficiente sísmico de diseño; sin embargo AASHTO propone emplear factores de

seguridad para las mismas situaciones de 1,1 y 1,3 respectivamente.

De este modo se empleó factores no inferiores a 1,05 en condiciones sísmicas y 1,3 para aquellas regidas por un análisis estático.

MODELOS DE SIMULACION PARA LA ESTABILIDAD INTERNA DEL TALUD

DISPOSICIÓN DEL AREA DE URBANIZACIÓN.

Se pretende hacer un análisis del beneficio de aumentar la proyección horizontal de la pendiente o al contrario disminuir el costo en la

utilización del material sintético, por lo tanto se explica la diferencia entre la pendiente en reposo y la pendiente máxima (2H:5V), como se

puede observar en el ejemplo del talud de altura 20m

Simulación talud 20m reforzado para 2H:5V. Simulación talud 20m reforzado para 5H:5V

CONCLUSIONES

Cada simulación posee elevaciones 5m, 10m, 15m, 20m, 25m, 30m, y 35m; analizadas con pendientes de 2H:5V ; 3H:5V ; 4H:5V ;

5H:5V., dentro de los modelos se pudo evidenciar claramente que las estructuras de 5m y 10m presentan el mejor comportamiento, incluso

los factores de seguridad son admisibles sin ser intervenidos con el refuerzo sintético; caso contrario son los taludes de 30m y 35m,

debido a su gran envergadura, el círculo de falla involucra el suelo de fundación superando la línea de saturación del subsuelo, esto hace la

estructura muy vulnerable a colapsar desde la base misma.

Se puede considerar la altura de 15m como la elevación critica para modelos con ausencia de refuerzo sintético, puesto que el buen

comportamiento de la estructura se ve reflejado en la disminución del factor de seguridad para inclinaciones superiores a los 50 °.

En estructuras superiores a los 25m se puede garantizar la estabilidad dentro de los análisis estáticos y pseudoestáticos, siempre y cuando

las pendientes no superen relaciones de 4H: 5V.

Es evidente que la máxima inclinación compromete el empleo de más geotextiles, sin embargo inclinaciones como 3H:5V y 4H:5V poseen

proporciones similares en cuanto al anclaje del material sintético.

La medida de mayor dominio en el diseño del talud en suelo reforzado es su altura (H), entre mayor sea la longitud de su altura, mayor

serán los esfuerzos internos verticales y horizontales presentes en el suelo de relleno de éste, formando mayores empujes de tierra, lo cual

exige una ampliación en la longitud de las capas del geotextil.

Se recomienda variar con diferentes alternativas de altura y pendiente del talud, pero se deja al criterio del constructor para escoger el que

más le convenga.

INTRODUCCIÓN

En la finca Los Cauchos ubicada en el municipio de Piedecuesta, Santander, se requiere estabilizar un relleno de tierra estimada en

1´500.000 𝑚3; el proyecto de nivelación corresponde al suelo extraído de las obras de cimentación del complejo hospitalario

internacional de Colombia ; para ello la empresa RAMIREZ ARENAS & CIA LTDA, encargada de los diseños ha decidido utilizar

el método de estabilización de taludes con geotextiles tejidos como método de solución, se empleó el software Slide 5.0 del paquete

de Rocscience con el propósito de modelar los taludes propuestos y obtener su factor de seguridad

Los Geotextiles son, como su nombre lo indica, textiles permeables sintéticos, en su gran mayoría resistentes a la tensión, al

punzonamiento y con excelentes propiedades hidráulicas, tienen la capacidad de soportar esfuerzos de tensión por detrás de la línea

de falla, debido a la fricción generada entre el material sintético y el suelo aportando estabilidad a la estructura y como resultado

final el factor de seguridad ante la falla aumenta.

Los taludes presentan dos importantes diferencias con respecto a los muros: la primera de ellas es la inclinación del relleno con

respecto a la horizontal la cual es inferior a los 70° y la segunda diferencia es el modelo de superficie de falla que se asume para

efectos de diseño del refuerzo, la cual es de geometría circular según los modelos de falla de Coulomb, Bishop Circular, Jambu

Circular, etc., mientras que el modelo de superficie de falla que se asume cuando se diseñan muros en suelo reforzado es el modelo

de cuña de falla Rankine (45° + φ/2).

LOCALIZACIÓN, SONDEOS E INFORMACIÓN GENERAL.

PERFIL TOPOGRÁFICO.

El predio posee un área de 90.182 𝑚2, la cual se proyecta rellenar con un volumen de tierra aproximado de ,500.000𝑚3׳1 que serán

compactados; el área a intervenir corresponde a 82.000 𝑚2, la topografía del predio presenta un relieve irregular con diferencia de

nivel de hasta 40m. El área neta para la superficie de nivelación con taludes en esta condición se estimó en 46.000𝑚2 que

corresponde a un 56,09% del área de intervención.

.

.

GEOLOGÍA

La geología de la zona está representada por suelos transportados de origen cuaternario, de color amarillo a marrón claro con

presencia de rocas sedimentarias no consolidadas de temprana edad,

La zona de estudio a nivel regional se encuentra afectada por la falla Bucaramanga-Santa Marta y asociadas a estas se presentan

otras fallas consideradas como satélites.

CLIMATOLOGÍA.

Según el IDEAM La temperatura mínima promedio determinada se obtuvo en la zona de Páramo estación CO el Rasgón con 8,3

°C, con temperatura media promedio de 16,8°C y la máxima promedio en la estación CO Llanogrande con 27,3°C con temperatura

media promedio de 24,9°C.

HIDROLOGÍA.

Se utilizaron los datos de la estación pluviográfica La Granja, para la estimación de los caudales se utilizó la fórmula del método

racional.

Q = C x I x A

La intensidad máxima esperada de 170 mm/h, tomando un área de influencia

de aproximadamente 82.000 𝑚2 y un coeficiente de escorrentía de 0,6; el caudal

máximo esperado sobre la zona de influencia es 2,32 𝑚3 𝑠 para un período de

retorno de 100 años.

SISMICIDAD

Según estudios de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica a Piedecuesta le corresponde un coeficiente de aceleración

horizontal Aa igual a 0,25 , referente a una zona de amenaza sísmica alta.

MATERIAL DE NIVELACIÓN Y ENSAYOS DE LABORATORIO

ENSAYOS RESULTADOS

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA.

Gravas: 1,16% - 2,75%

Arena: 95,24% - 97,35%

Finos: 0,97% - 2,01%

LÍMITES DE ATTERBERG.Limite líquido (LL): 30,86% - 34,58%

Limite plástico (LP): 19,19% - 20,56%

Índice de plasticidad (IP): 11,67% - 14,11%

COMPACTACIÓN.

Humedad optima, W (%): 9,4% - 10,6%

Densidad seca ρd: 1,899gr/cm3 - 1,96gr/cm3

CORTE DIRECTO.

Angulo de fricción : 31,1 °

Cohesión Kg/cm2 : 0,0751

Geotextil

Tejido

FS Tult

(kN/m)

Tadm

(kN/m)

T1700 2,75 22 8

T2100 2,2 33 15

T2400 2,2 41 18

TR3000 2,2 58 26

TR4000 2,2 66 30

TR6000 2,2 112 51

TIPO DE ARENA

TIPO DE

GEOTEXTIL

Arena de

grano

medio a

grueso

Arena

redondeada

Arena

limosa

φ=30° φ=28° φ=26°

Geotextil

Tejido de

cinta plana

24° (77%)

24° (84%)

23°

(87%)

RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN

DE TALUDES EN SUELO REFORZADO.

.

• Sv es de 30cm a 40cm, es lo más sencillo para un efectivo relleno de

compactación para suelo granular de relleno; en cambio, para suelos cohesivos

de poca capacidad de drenaje se recomienda entre 20cm y 30cm.

• Según PAVCO, el rollo ancho del geotextil tejido es 3,85m, el valor de la

Longitud L de anclaje del geotextil debería estar entre 80% y 100% de la altura y

el doblez debe terminar en una longitud de traslapo L0 no menor de 1,0m.

• La CDMB sugiere que para taludes mayores a 8,0m se empleen bermas de un

ancho mínimo de 2,0m

• Para efectos de ingreso de datos en software, Slide 5.0 requiere un valor de la

interacción del suelo –refuerzo en términos de un nuevo ángulo de fricción (δ) y

una nueva adherencia (Ca) entre el suelo y el geotextil. Se recomienda valores de

Ca entre 15 Ton/m2 y 18 Ton/m2 para suelos arenosos ; sin embargo Slide 5.0

sugieren cifras cercanas a 5kN/m2 por defecto.