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INFORME FINAL ANALlSIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES - AVENIDA CIRCUNVALAR CON CALLE 92

CAPITULO 6

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Y CONDICIONES GEOTÉCNICAS DE DISEÑO

6.1 SISMICIDAD DE LA ZONA

De acuerdo con el Estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá el sitio corresponde auna zona de transición entre la zona 1 - cerros y la zona 2 - piedemonte con un valor deaceleración pico efectiva promedio del orden de 0,24g,

6.2 CONDICIONES DE AGUA

De acuerdo a la evaluación de la zona se observa que la saturación de estos nivelessuperficiales obedecen a agua de escorrentía superficial. La condición puntual evidenciaque el agua ha generado daño en este sitio específico.

Para el modelamiento se aplico un modelo de elementos finitos mediante el modulo"grounwater" de slide 5.0 en donde se calibró las condiciones de estabilidad, laspropiedades y la infiltración de agua por una lluvia. Estas condiciones serán analizadas enpárrafos siguientes.

6.3 MODELO GEOLÓGICO - GEOTÉCNICO

De acuerdo a la evaluación realizada anteriormente se puede concluir los siguientespuntos:

• El modelo de falla pueden presentarse en forma puntual en algunos sitios y en generalde la ladera en proceso de reptamiento, es decir valores de factores de seguridadcercanos a 1.0 (no menor de 1.0).

• El borde de la vía de la Calera se ha afectado en el proceso por el aceleramiento de lamasa inestable generando condiciones críticas de pérdida de banca la cual debeprotegerse.

• La saturación de zonas generan por tanto procesos de deslizamiento puntuales.

• La causa esta asociada a la saturación de los materiales por escorrentía superficial lacual no drena fácilmente ladera abajo. Se descarta agua de infiltración hidrogeológicaen razón a la cota existente y a la alta pendiente de la ladera que generan superficiescolgadas a cotas más bajas.

• El proceso de inestabilidad es lento y progresivo agravado por la alta precipitación enlos meses anteriores.

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• El proceso es retrogresivo con afectación hacia la parte superior de la vía.

• Los arboles han generado problemas en razón a la poca toma de agua y a la raícesbajes que no generan agarre.

• La ladera presenta procesos de remoclon en masa activos recientes e históricos conocurrencia de emergencias en los últimos dos años.

• La ocurrencia de estos procesos son generalizado en la ladera, pequeños y locales loscuales se han venido degradando en el tiempo.

• Se define una zona de intervención por procesos los cuales han sido sectorizados deacuerdo a las condiciones dadas en campo, a los cambios topográficos en el tiempo yel análisis de fotografías aéreas.

Teniendo en cuenta lo anterior se realizó el análisis de estabilidad mediante las dossecciones AA y SS definidas en el informe geológico las cuales se consolidaron en elprograma slide para su análisis así:

Figura 6-1 Sección AA

+ +.+

,+ ,'t ..+

,+,+

+,

(.~BATEMAN INGENIERIA SA PAG, 34



Figura 6-2 Sección BB

+.+.

++.++

+ .

+

oD

.~~,-, ...., . ..,.. ..,.... .,... ,..-. +"";+""

. ,+-.t

+.

10 20 30

E

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~T·10m 7050 60

Se identifica en color verde el depósito coluvial Oc, deposito de escombros Oes, naranjasuelo residual Kgp-sr yen cyan el nivel de roca.

Estas secciones permitirán realizar un análisis de estabilidad con el fin de definiralternativas para obras de mitigación.

6.4 EVALUACION RETROSPECTIVA DE ESTABILIDAD

Teniendo en cuenta como premisa que se presenta actualmente en la ladera factores deseguridad cercanos a 1.0 en superficies de falla de talud más no menores, se realizó unanálisis retrospectivo el cual consiste en una vez definida aproximadamente la superficiede falla probable y existente, evaluar la variación de ciertos parámetros del modelo con elfactor de seguridad incluyendo las condiciones de agua. En este caso se realizó para latendencia de cohesión, ángulo de fricción para un modelo uniforme, es decir brindando acada una de las variables el mismo peso en el análisis.

El programa slide5.0 permite inicialmente identificar la superficie de falla promedio paraposteriormente considerar combinaciones de cada una de las variables entre si sobre estasuperficie el cual para este caso se considero 10000. En este caso se calibro el modelobuscando que la superficie de falla promedio y su evaluación estadística brindaran FSmayores a 0.9 pero no menores a 1.2 en condiciones críticas.

En condiciones sin agua la ladera debe ser estable pero con valores de factores deseguridad no mayores a 1.3, teniendo en cuenta sus condiciones de reptamiento.

Este análisis se realizó para la sección AA.

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Condiciones de agua

Para la calibración de los parámetros de agua se considero evaluar la infiltración de aguapor lluvias mediante elementos finitos del modulo de "grounwater" de slide. Se aplicócondiciones de infiltración de agua teniendo en cuenta una intensidad de lluvia de 54mmlhora (0.000015 mIs) comúnmente ocurridos en la zona y en general en laderas enBogotá. Con estas condiciones se aplico el modelo teniendo en cuenta las característicasde los materiales de los depósitos tipo GM-SM y suelos residuales con permeabilidades asíKoc=1x10-sm/s, Koes=1x10-s mIs, Kkgp_sr=1x10-8mIs y KK9p=1x10-9,valores escogidos de laliteratura2. El modelo de análisis fue el siguiente:

Figura 6-3 Modelo de análisis

La infiltración de agua no se presenta sobre la parte superior en la vía y sobre la cara delos muros de piedra existentes en la parte inferior.

La cabeza de presión obtenida con este modelo es la siguiente:

2 Foundation analysis and design, Joseph E. Bowles. % edición. 1996. pago 52. Tabla 2-3

<~BATEMAN INGENIERIA S.A PAG. 36



Figura 6-4 Cabeza de presión sección AA

Pressur:e: Head[.]

0.00

Los vectores de flujo se presentan en la siguiente figura:

Figura 6-5 Vectores de flujo Sección AA

S.7S

Pr:essure Hee.d[.]

0.00

2.88

8.63

11.50

14.38

17.2S

20.13

23.00

25.88

28.7S

31.63

34.50

o¡¡

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, üU58

Se puede observar que las líneas de flujo se dirigen hacia la zona de contacto entre Oc ysuelo residual. En campo se observaban zonas saturadas hacia la parte media de la víacon movimientos por esta acumulación de agua.

Calibración de parámetros

Con el modelo de agua definido anteriormente se procedió a realizar el análisis deestabilidad retrospectivo teniendo en cuenta las condiciones de la ladera actual definiendosuperficies no menores a 0.9 y no mayores a 1.2 con las condiciones de agua críticas. Esnecesario no olvidar que el modelo anterior de agua corresponde a una condición críticasimilar a la presentada en marzo de 2006, donde se presentaron acumulaciones de agua yprocesos de deslizamiento asociado al mismo.

Las superficies de falla obtenidas del modelo para valores promedio fueron las siguientes:

Figura 6-6 Superficies de falla con valores promedio menores a 1.2 - análisisretrospectivo

Safety FactoJ::0.900

0.925

0.950

0.975

1.000

1.025

1.050

1.075

1.100

1.125

1.150

1.175

1.200+

·10 m

E~~~--~~~--~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~--~~20 4010 30 50 7000

La superficie de falla crítica con el modelo presenta un factor de seguridad mínimo de 0.94.

Para la superficie de falla promedio se realizaron los análisis estadísticos mostrando lassiguientes combinaciones:

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Figura 6-7 Factor de seguridad vs cohesión Qc

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Oc : Cohesion (kNiltl2)

CorrelMion Coefficient=O.17662J, alpha"'8.410G29, beta"'O.0268169

En este caso se puede observar que los valores de cohesión para el deposito Oc oscilanentre 23 KN/m2 y 25 KN/m2 para FS entre 1.0 y 1.1.

Figura 6-8 Factor de seguridad vs ángulo de fricción

27 28 29 30 31 32 33 34 42 43 44 45

Oc: Phi (deg)

Correlation Coe1ficient",O.475728, alpha=O.434072, beta=O.0146615

En este caso el valor ángulo de fricción oscila entre 40° y 45°.

(~BATEMAN INGENIERIA S.A PAG. 39



Estos valores son extremadamente altos para las condiciones observadas en la zona y deacuerdo a las condiciones del ensayo de SPT, el cual es acertado para obtener los valoresde ángulo de fricción. Por tanto se prefiere dentro del análisis mantener un valor decohesión alto con un valor de ángulo de fricción coherente a los materiales.

Finalmente, los valores adoptados para el análisis de estabilidad son los siguientes:

Tabla 6-1 Propiedades de materiales para análisis de estabilidad

Material y (KN/m3) C (KN/m2) <1>0 K (mis)Oes 18 10 35 1x10-5

Oc 19 25 30 1x10-5Kgp-sr 21 30 35 1x10-8Kgp 23 - - 1x10-9

6.5 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ACTUAL - LLUVIAS

Teniendo en cuenta las propiedades identificadas anteriormente, se realiza el análisis deestabilidad actual para las dos secciones de análisis considerando que el agua estaría ensu condición extrema, es decir que la condición actual sería con lluvias.

Figura 6-9 Sección AA con agua y sin sismo

1.083

Zat:ety Factor:1.000

1.167

1. 250

1. 333

1. 417

1.500

1.583

1.667

1. 750

1.833

1. 917

2.000+

En este caso y de acuerdo a la calibración lograda anteriormente el factor de seguridadcrítica es cercano a 1.0. Con el modelo de agua planteado se puede asegurar que lluviasmás intensas o con tiempos de duración un poco mayor a 1 hora pueden generarproblemas de estabilidad en la ladera.

t~BATEMAN INGENIERIA SA PAG. 40



Figura 6-10 Sección AA con agua y sismo

~ :5afety FactoJ::0.500 ffi $ $

$ $0.625

0.750

Q.875 $$

LOOO <1>$-

1.125$ <1>

1.250 ilI><1>

1.375<1><1>

<1>

1.500

1.625

1.750

1. 875

2.000+

~024

E~~----~--~---r--~~~T-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ro ro m m ~ m M n-20 m

En este caso con sismo yagua se presentan superficies de falla críticas,

Para la sección SS se presentan las siguientes condiciones actuales - lluvia:

Figura 6-11 Sección BB- condición de cabeza piezometrica elementos finitos

E~~~~~~--~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~.20 m -10 10 20 30 40 50 60 7(

P:t:eSSUl:e Head[m]

0.00

2.63

5.25

7,88

10.50

13.13

15.75

18.38

21.00

23.63

26.25

28.88

31.50

(~BATEMAN INGENIERIA SA PAG 41

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Safety Factor1.000

1.083 ;;;<1>

1.167

~1. 250

1.333 <ll

1.417

1.500

1.583

~ 1.667

1. 750

1.833

1. 917

2.000+

~

Figura 6-12 Sección SS con agua y sin sismo

En este caso la superficie crítica presenta un factor de seguridad crítico de 1.076

La sección SS con sismo presenta los siguientes factores de seguridad:

Safety Factor0.700

0.808

0.917

1.025

1.133

1.242

1.350

1.458

1.567

1. 675

1. 783

1. 892

2.000+

Figura 6-13 Sección SS f actores de seguridad con sismo a=0.24 g

~024

En este caso el factor de seguridad crítico es menor a 1.0.

t~BATEMAN INGENIERIA S.A PAG. 42

, 1) el). u, tJ "



6.6 ESTABILIDAD CON OBRAS

ANALlSIS CONCEPTUAL DE OBRA

Es importante tener en cuenta que el sector presenta condiciones de riesgo alto parapeatones y vehículos ubicados en la parte baja y para vehículos en la parte alta hacia lavía la Calera. Se han presentado emergencias con deslizamiento de materiales que hanafectado hacia la parte alta las barandas de la vía y hacia abajo la movilidad de vehículos ypeatones.

Es posible y de acuerdo a los análisis desarrollados que la falla pueda afectar media bancaafectando la movilidad hacia el municipio de la Calera y hacia Bogotá con repercusiones detipo económico y social. Hacia la parte baja en la ocurrencia de emergencias como la queya ha ocurrido y que pase sobre los muros existentes podría tapar vehículos o personasque transitan o se estacionan en la zona generando posibilidad de perdida de vidas o debienes de la comunidad, la cual teniendo en cuenta su estrato pueden ser altas.

Es por ello necesario considerar la definición de obras para mitigar la afectación en lazona,

Las obras deben tener como objetivo principal proteger y evitar la generaclon dedeslizamientos puntuales con un marco ambiental óptimo, es decir que la cobertura vegetalexistente se mantenga o se recupere rápidamente protegiendo ante el agua y para que seintegre la obra a la zona o pase desapercibido.

La obra entonces debe actuar sobre pequeñas superficies de deslizamiento o eventoslocales, así como sobre superficies largas con condiciones trasnacionales que afecten todala ladera bajo eventos críticos tipo agua extrema o sismo.

Se tuvieron en cuenta en la selección de la obra final las siguientes:

1. Muro en suelo reforzado con geotextil para la vía. Esta opción es viable perorequiere excavaciones del orden de 5.0 m para el reemplazo de los suelos ydejando a nivel de cimentación en roca. Requiere levantar las losas de concretode la vía, Podría manejarse adecuadamente mediante un carril en cierre y elotro no, La medida es costosa.

2. Pantalla de concreto lanzado con anclajes. Esta alternativa viable es costosa ygenera un impacto ambiental alto por la perdida de cubrimiento arbóreo yvegetal. Adyacente a la zona de estudio existe una pantalla similar la cualgenero estabilidad pero ambientalmente un impacto alto.

3. Pantalla anclada con pernos activos para protección de la banca de la vía en lazona alta. Esta pantalla debe ser modular con el fin de permitir la movilidad deusuarios mediante la escalera actual. La viga de apoyo de la pantalla debe estarcimentada sobre caissons de concreto los cuales trasladaran la cargaeficientemente hacia la roca.

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4. Estructura de vigas vigas y anclaje pasivo en la zona media y baja.Consistente en anclajes pasivos los cuales deben estar convenientementeamarrados mediante un arreglo de vigas horizontales y verticales a lo largo dela ladera. Se opto por esta alternativa teniendo en cuenta que permite que lavegetación continué sobre la ladera. Esta estructura además por ser modularpermite dejar la escalera existente acoplándola a la estructura.

Para el análisis finalmente se contempla una combinación de las alternativas expuestasanteriormente con las siguientes condiciones:

• Es necesario generar un drenaje natural de la ladera con la facilidad de flujolibre de agua.

• Es necesario controlar el agua de la cuneta superior de la vía.

• Es necesario brindar confinamiento de los materiales existentes mejorando lascondiciones de deformación de la zona de la vía y evitando deslizamientoshacia la parte inferior de la ladera.

• La intervención sobre la vía hacia la calera debe ser minima en razón al altoflujo de viehículos en ambos sentidos.

En este caso y teniendo en cuenta lo anterior se escogen las alternativas 3 y 4 descritasanteriormente.

ANALlSIS TÉCNICO DE LA OBRA

Estabilidad general de obra

Se realizó diferentes tanteos de distribución de anclajes y de resistencia teniendo encuenta la ubicación del camino y la vía y los muros ubicados en la parte inferior. Esimportante tener en cuenta que los anclajes deben ser tensionados con el fin de que lacarga se aplique a la superficie de concreto ya sea de la pantalla de la parte superior osobre la superficie del arreglo de vigas - vigas de concreto con el fin de distribuir la cargasobre la ladera.

En la siguiente figura se presenta el modelo final de análisis para la sección AA

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Figura 6-14 Modelo de análisis sección AA

10.00 kNIm

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