Diseño de bioingeniería para la mitigación de riesgo de ...

Diseño de bioingeniería para la mitigación de riesgo de remoción en masa en la

microcuenca de la quebrada Cay.

Presentado por:

Alvaro Hernando Muñoz Sanchez.

Jhonny Alexander Carvajal Tabares.

MONOGRAFÍA PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TITULO

DE INGENIERO CIVIL.

Dirigido por:

Jorge Armando Hernández López.

Universidad de Ibagué.

Ibagué, Tolima.

Noviembre 2018.

AGRADECIMIENTOS.

Los autores del presente trabajo expresamos nuestros agradecimientos a la Universidad de

Ibagué y a todo su equipo de docentes que fueron parte de nuestra formación personal y profesional,

brindando apoyo y seguimiento oportuno a lo largo de toda la carrera.

A nuestros compañeros de estudio, con quienes se compartió todo este largo proceso de

formación y cada uno que a su modo aportó para nuestro crecimiento personal.

Al ingeniero JORGE ARMANDO HERNÁNDEZ LÓPEZ por ser nuestro guía, tutor y gran

apoyo en este trabajo, por su paciencia y buena disposición para obtener los mejores resultados

posibles, que con gran esmero fueron plasmados en este proyecto de grado.

DEDICATORIA JHONNY ALEXANDER CARVAJAL TABARES.

Ante mano dedicar este logro personal a DIOS por darme tantas bendiciones, oportunidades

y guiarme por un buen camino para salir adelante en mi vida.

A mis padres RODRIGO CARVAJAL y PILAR TABARES por darme su apoyo y amor en

toda mi vida, por ser mi motivación y ejemplo a seguir como persona humilde y trabajadora.

En general a toda mi familia, hermana, primos, abuelos y tíos que siempre me han formado

dentro de una familia unida y amorosa en todo momento. Mencionando especialmente a mi abuelo

RODRIGO CARVAJAL que fue un ejemplo para todos los miembros de mi familia, siendo un

hombre trabajador, amoroso, honesto y siempre luchando por sacar a los suyos adelante, desde el

cielo él sigue protegiéndonos y guiándonos por el buen camino.

pág. 4

DEDICATORIA ALVARO HERNANDO MUÑOZ SANCHEZ.

Dios tiene el control, el controla mi vida y todo lo que en ella sucede, independientemente

de los obstáculos siempre estoy agradecido, aun así, a veces demore en darme cuenta del porqué

de sus acciones, acciones que van en consecuencia por lo general según la medida de mis esfuerzos

porque así son sus caminos son más altos que vuestros caminos, sus pensamientos más que vuestros

pensamientos; por esto siempre para él toda la gloria y mis agradecimientos por cada paso y logro

personal.

Logros que no son más que una sucesión de esfuerzos para conseguir éxito, el cual en la

única parte que esta antes del trabajo es en el diccionario; eso me lo enseño mi padre al cual le

agradezco y le debo mi carácter y a mi madre que le debo todo lo demás en mi vida, que con su

compañía y ausencia formo todo lo que hoy soy y que desde el cielo espero este viendo si he podido

parecerme un poco al ser que siempre ella quiso como hijo y del cual se sintiera orgullosa.

Mis agradecimientos y dedicatoria a todas esas personas de alguna u otra manera han podido

influir en mi vida y marcar a su manera; a mi hermana que es lo más preciado que tengo, a mi

familia que me ha brindado todo su cariño y espero nunca decepcionarlos.

Esto y cada uno de mis logros es para ustedes.

pág. 5

CONTENIDO

RESUMEN ..................................................................................................................................... 10

ABSTRACT ................................................................................................................................... 11

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 12

2. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 14

3. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 16

3.1 General ................................................................................................................................. 16

3.2 Específicos ....................................................................................................................... 16

4. MARCO TEORICO ............................................................................................................... 17

4.1 Cuenca Hidrográfica ........................................................................................................ 17

4.1.1 Morfometría de las Cuencas ..................................................................................... 17

4.2 Parámetros hidrológicos .................................................................................................. 33

4.2.1 Hidrología. ................................................................................................................ 33

4.2.2 Almacenamiento estático “Hu”. .................................................................................... 34

4.2.3 Capacidad de infiltración “Ks”. ............................................................................... 35

4.2.4 Conductividad hidráulica interflujo “Kss”. .............................................................. 35

4.3 Métodos estadísticos para clasificación de zonas de riesgo. ........................................... 36

4.3.1 Tablas de frecuencias con datos agrupados. ............................................................. 36

4.3.2 Método Sturges. ....................................................................................................... 37

4.4 Modelos matemáticos de análisis de taludes. .................................................................. 37

4.4.1 Método de Bishop simplificado. .............................................................................. 37

4.4.2 Método ordinario o de Fellenius. ............................................................................. 39

4.4.3 Método de Janbú. ..................................................................................................... 41

4.4.4 Factor de seguridad con comprobación de vuelco. .................................................. 42

4.4.5 Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base. ...... 44

4.4.6 Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga. .............. 46

4.5 Herramientas tecnológicas ............................................................................................... 50

4.5.1 Sistema de información geográfica SIG. .................................................................. 50

4.5.2 ArcGis 10.3. ............................................................................................................. 50

4.5.3 Slide Rocscience. ..................................................................................................... 51

4.6 Bioingeniería. .................................................................................................................. 51

4.6.1 Definición Ingeniería Naturalistica. .............................................................................. 51

4.6.2 Finalidades de la Ingeniería Naturalistica. .................................................................... 51

4.6.3 Ámbitos de intervención. .............................................................................................. 52

pág. 6

4.6.4 Materiales. ..................................................................................................................... 52

4.6.5 Ventajas y desventajas de la Ingeniería Naturalística. .................................................. 53

4.6.6 Estudio de la intervención a realizar. ............................................................................ 54

4.6.7 Ámbitos de análisis para un diseño de una obra de Ingeniería Naturalística. ............... 55

4. AREA DE ESTUDIO ............................................................................................................. 56

5. METODOLOGIA .................................................................................................................. 58

5.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca. ................................................... 58

5.2 Fase 2. Identificación de las zonas de remoción en masa. ................................................... 58

5.3 Fase 3. Diseños y aplicación de bioingeniería. .................................................................... 59

6. RESULTADOS ...................................................................................................................... 61

6.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca. .............................................. 61

6.2 Fase 2. Zonas de remoción en masa. .................................................................................... 63

6.2.1 Método de Sturges .................................................................................................... 66

6.2.2 Consolidado rango de clasificación según coeficientes. .......................................... 67

6.3 Fase 3. Diseño bioingeniería en punto análisis zona de alto riesgo. ............................... 68

6.3.1 Medidas encontradas en el talud del meandro. ............................................................. 69

6.3.2 Análisis estático y pseudo-estático. ............................................................................... 70

6.3.3 Análisis de estabilidad. .................................................................................................. 71

6.3.4 Solución con Bioingeniería ........................................................................................... 76

6.3.5 Consolidado mejoramiento. .......................................................................................... 78

6.3.6 Estabilización talud con re-vegetalización. ................................................................... 79

6.3.7 Método de instalación del Vetiver. ............................................................................... 81

7. PRESUPUESTO .................................................................................................................... 83

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .................................................................... 85

9. REFERENCIAS. .................................................................................................................... 90

pág. 7

CONTENIDO DE TABLAS.

Tabla 1. Clasificación Kc. .............................................................................................................. 24 Tabla 2. Clasificación Factor de forma. ......................................................................................... 25 Tabla 3. Clasificación índice de alargamiento. .............................................................................. 26 Tabla 4. Clasificación textura de drenaje. ...................................................................................... 28

Tabla 5. Clasificación de las cuencas de acuerdo con la pendiente media. ................................... 28 Tabla 6. Clasificación de coeficiente de masividad. ...................................................................... 31 Tabla 7. Tipo de intervención según pendiente. ............................................................................. 55 Tabla 8. Resultados característicos morfométricas cuenca Cay. ................................................... 62 Tabla 9. Tipos de suelos y coberturas en la microcuenca Cay. ...................................................... 63

Tabla 10. Cálculo de intervalos por método de Sturges ................................................................. 66

Tabla 11. Consolidado rangos clasificación cualitativa de riesgo. ................................................ 67 Tabla 12. Valores mínimos para análisis estático y pseudo - estático de taludes. ......................... 70

Tabla 13. Valores FS (Estático y Pseudo-estático) por diferentes métodos. .................................. 74

Tabla 14. Factores de seguridad mínimos para análisis de taludes. ............................................... 75 Tabla 15. Modelos matemáticos de análisis de estabilidad de taludes. .......................................... 79

Tabla 16. Calculo del presupuesto para la aplicación de bioingeniería. ........................................ 84

CONTENIDO DE ILUSTRACIONES.

Ilustración 1. Superficie de la prueba de Falla. .............................................................................. 40 Ilustración 2. Área de estudio microcuenca de la quebrada Cay. .................................................. 57 Ilustración 3. No. de Ordenes de la Cuenca Cay. ........................................................................... 61

Ilustración 4. Cruce tipo de suelo y tipo de cobertura en la microuenca Cay. ............................... 65

Ilustración 5. Identificación de las zonas de riesgo para cada coeficiente del suelo. ..................... 68 Ilustración 6. Talud de análisis para aplicación de bioingeniería. ................................................. 69 Ilustración 7. Perfil del talud modelado en Slide. .......................................................................... 72

Ilustración 8. Coeficiente de cargas sísmicas usado para el análisis .............................................. 72 Ilustración 9. Factor de seguridad obtenido del talud con falla circular. ....................................... 73

Ilustración 10. Factor de seguridad obtenido del talud con no falla circular. ................................ 74 Ilustración 11. Perfil talud con mejoramiento y sus dimensiones modelado en Slide Rocscience.

........................................................................................................................................................ 77 Ilustración 12. FS para diferentes metodologías. ........................................................................... 78 Ilustración 13. Pastos Vetiver. ........................................................................................................ 80

Ilustración 14. Vetiver comercial. .................................................................................................. 81 Ilustración 15. Gavión verde. ......................................................................................................... 82

CONTENIDO DE ECUACIONES.

Ecuación 1. Razón de bifurcación. Fuente: (Rojo, 2013) .............................................................. 19 Ecuación 2. Relación de Longitud. Fuente: (Londoño.C, 2001) .................................................... 20 Ecuación 3. Densidad de drenaje. Fuente: (Rojo, 2013) ................................................................ 21

pág. 8

Ecuación 4. Constante de estabilidad de Río. Fuente: (Rojo, 2013) .............................................. 22

Ecuación 5. Índice de torrencialidad. Fuente: (Rojo, 2013) ........................................................... 22

Ecuación 6. Sinuosidad de las corrientes de agua. Fuente: (Rojo, 2013) ...................................... 23 Ecuación 7. Índice de compacidad. Fuente: (FAO, 1985) ............................................................. 24 Ecuación 8. Factor de forma. Fuente: (FAO, 1985) ....................................................................... 25 Ecuación 9. Índice de alargamiento. Fuente: (FAO, 1985) ............................................................ 26 Ecuación 10. Índice asimétrico. Fuente: (FAO, 1985). .................................................................. 27

Ecuación 11. Pendiente media según Alvord. Fuente: (FAO, 1985) ............................................. 29 Ecuación 12. Pendiente media método de elevaciones extremas. Fuente: (FAO, 1985). .............. 29 Ecuación 13. Coeficiente de Masividad. Fuente: (FAO, 1985). .................................................... 30 Ecuación 14. Coeficiente orográfico. Fuente: (FAO, 1985). ......................................................... 31 Ecuación 15. Almacenamiento estático. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016) .................. 34

Ecuación 16. Conductividad hidráulica saturada del suelo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar,

2016) ............................................................................................................................................... 35 Ecuación 17. Velocidad de interflujo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016) ...................... 36

Ecuación 18. Numero de clases del método de Sturges. Fuente: (Portal educativo, 2012) ........... 37

Ecuación 19. Factor de seguridad por método de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013). ................................................... 38

Ecuación 20. Factor "mα" extenso de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 38 Ecuación 21. Presión de poros. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013) .................................................................................................................. 38 Ecuación 22. Factor de seguridad por método ordinario de Fellenius. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 39 Ecuación 23. Factor ΔLn extenso. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013) .................................................................................................................. 39

Ecuación 24. Factor de seguridad por método de Janbú. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 41 Ecuación 25. Factor mα extendo de Janbú. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE

INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 41

Ecuación 26. Factor de seguridad con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 42

Ecuación 27. Momento de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE

INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 42 Ecuación 28. Presión activa componente horizontal. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS

DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).................................................................................... 43 Ecuación 29. Presión activa según Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE

INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 43 Ecuación 30. Coeficiente de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE

INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 43 Ecuación 31. Momento de la componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León

Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ................................... 43 Ecuación 32. Componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León Cardenas,


Ecuación 33. Factor de seguridad extenso con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas,


pág. 9

Ecuación 34. Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base.

Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ............ 44

Ecuación 35. Factor de seguridad extenso con comprobacion de deslizamiento a lo largo de la

base. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ... 45 Ecuación 36. Sumatoria de peso por unida de longitud. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 45 Ecuación 37. Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga. Fuente:

(León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ......................... 46 Ecuación 38. .Centroide de la distribución de carga en el suelo hacia la base de la estructura de

contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ,

2013) ............................................................................................................................................... 46 Ecuación 39. Momento de neto del muro de contención. Fuente: (León Cardenas,


Ecuación 40. Excentricidad en la base del muro de contención. Fuente: (León Cardenas,


Ecuación 41. Capacidad máxima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente:

(León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ......................... 47 Ecuación 42. Capacidad mínima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente:

(León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ......................... 47 Ecuación 43. Capacidad ultima de carga del suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS

DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).................................................................................... 47

Ecuación 44. Carga aportada por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas,


Ecuación 45. Base efectiva de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 47 Ecuación 46. Factor de forma aportado por la cohesión. Fuente: (León Cardenas,


Ecuación 47 Factor de forma aportado por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 48 Ecuación 48. Factor de forma aportado por el suelo Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS

DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).................................................................................... 48 Ecuación 49 Factor de inclinación de la carga aportado por la cohesión y la distancia de

fundación. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ,

2013) ............................................................................................................................................... 48 Ecuación 50 Factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .................................................... 48 Ecuación 51. Ítem para el factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León

Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) ................................... 48 Ecuación 52. Coeficiente de carga sísmica horizontal. Fuente: (Asociación Colombiana de

Ingeniería Sísmica, 2010) ............................................................................................................... 71 Ecuación 53. Coeficiente de carga sísmica vertical. Fuente: (Asociación Colombiana de

Ingeniería Sísmica, 2010) ............................................................................................................... 71 Ecuación 54. Factor de seguridad general. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE

INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013) .......................................................................................... 75

pág. 10

RESUMEN

Las cuencas hidrográficas son afectadas principalmente por la remoción en masa, lo cual

genera en las poblaciones aledañas de las hoyas afectadas problemas sociales, ambientales y

económicos. De acuerdo a las características morfometricas y las actividades antrópicas presentes

en zonas inestables, los taludes con altas pendientes aumentan el material de arrastre que termina

llegando a los afluentes aumentando la turbiedad y sedimentación en ellos.

Para el estudio en la microcuenca Cay se utilizó información en formato shape de los

drenajes, cobertura vegetal y tipo de suelos suministrada por el IGAC y por medio de las

herramientas SIG se obtuvieron características morfometricas y parámetros de infiltración de la

microcuenca de estudio. Se utilizaron métodos de agrupación de datos (Metodo Sturges) para

realizar una clasificación cualitativa de las zonas de riesgos. Una vez con las zonas de riesgo

identificadas, se llevó a cabo una visita de campo, para obtener las características del punto de

análisis, las cuales se procesaron en el programa Slide para obtener el diseño óptimo de

bioingeniería.

El objetivo general de la investigación es el diseño de obras de bioingeniería en la

microcuenca de la quebrada Cay, para esto debemos de: identificar las áreas de remoción de masa

y definir la técnica de bioingeniería que mejor se adapte según las características morfométricas de

la micro-cuenca Cay. Seguido a esto, se desarrolló un gavión verde recubierto con pasto vetiver el

cual está ubicado en las coordenadas 75°14'47.331"W 4°29'12.167"N; sector que es propenso a

remoción por la erosión generada por la quebrada Cay, el cual se propone intervenir y tiene un

costo de $ 17’910.053,00 m/cte.

pág. 11

ABSTRACT

The hydrographic basins are affected mainly by the mass removal which generate social,

environmental and economic problems in the surrounding populations in the affected pits.

According to the morphometric characteristics and anthropogenic activities present in unstable

areas, slopes with high slopes increase the drag material that ends up reaching the tributaries

increasing the turbidity and sedimentation in them.

For the study in the Cay micro-basin, information was used in shape format of the drainages,

vegetation cover and soil type supplied by the IGAC, and by means of the SIG tools, morphometric

characteristics and infiltration parameters of the study micro-basin were obtained. Data grouping

methods (Method Sturges) were used to perform a qualitative classification of the risk areas. Once

the risk zones were identified, a field visit was carried out to obtain the characteristics of the

analysis point, which were processed in the Slide program to obtain the optimal bioengineering

design.

The general objective of the research is the design of bioengineering works in the microbasin

of the Cay Creek, for this we must: identify the areas of mass removal and define the bioengineering

technique that best suits the morphometric characteristics of the micro -Run Cay. Following this,

a gavion covered with vetiver grass was developed which is located at coordinates

75°14'47.331"W 4°29'12.167"N; sector that is prone to removal by the erosion generated by the

Cay creek, which intends to intervene and has a cost of $17'910,053,00 m / cte.

pág. 12

1. INTRODUCCIÓN

Una cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es

decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único

lago endorreico. Las hoyas hidrográficas actúan como importantes reservorios de agua que pueden

ser aprovechadas no sólo por el ser humano para su consumo personal, suministrando recursos

naturales para el desarrollo de actividades productivas que dan sustento a la población, usos

directos (agricultura, industria, agua potable, etc.), dilución de contaminantes, generación de

electricidad, regulación de flujos y control de inundaciones, transporte de sedimentos, recarga de

acuíferos, dispersión de semillas y larvas de la biota, también para el consumo de los animales y

plantas y por tanto el desarrollo de sistemas bióticos completos y duraderos. (ECURED, 2014)

La problemática en las cuencas hidrográficas, particularmente en sus zonas altas, pueden

atribuirse, por una parte a sus características físico-naturales y en gran medida a su ocupación en

forma anárquica, sin atender directrices de planificación para la ocupación ordenada del espacio y

para el aprovechamiento racional de los recursos naturales. (Rivera, Biblioteca Cenicafe, 2011)

La remoción en masa es un fenómeno que involucran el movimiento de material formador de

laderas por influencia de la gravedad, estos procesos gravitacionales ocurren cuando una ladera se

vuelve inestable como consecuencia de los cambios en el relieve. “El 98% de los movimientos en

masa están relacionados con la saturación de los suelos por el agua y la deforestación de las

laderas”. (Rivera, Biblioteca Cenicafe, 2011)

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_drenaje

http://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_endorreica

https://www.ecured.cu/index.php?title=Sistemas_bi%C3%B3ticos&action=edit&redlink=1

pág. 13

Los fenómenos naturales no se pueden evitar ya que son parte de los procesos geodinámicos

y/o hidrometeorológicos que actúan en nuestro planeta, por lo tanto, la principal forma de reducir

el riesgo es intervenir directamente en la vulnerabilidad de los elementos expuestos. Existen tres

tipos de medidas para reducir el riesgo, consistentes en diferentes estrategias o acciones para

reducir la vulnerabilidad física o funcional de los elementos bajo riesgo. Estos son con medidas

estructurales, medidas instrumentales y medidas con implementación de estructuras vivas

(Bioingeniería) (Cuanalos Campos & Gallardo Amaya , 2016)

La bioingeniería se define como la construcción de estructuras totalmente vivas,

ambientalmente amigables, usando diferentes partes de las plantas, principalmente raíces y tallos,

que a través del tiempo se convierten en obras vivas cada vez más fuertes, que sirven de refuerzo

para contener la erosión y frenar procesos de remoción en masa mejor conocidos como

deslizamientos que dañan las vías y afectan además otras infraestructuras. (Rivera, Universidad

Nacional de Colombia, 2009).

pág. 14

2. JUSTIFICACIÓN

La Quebrada Cay es una fuente de abastecimiento alterna que provee 178.478 L/S a la

población de Ibagué, captación que aporta alrededor del 16.5% de la totalidad del agua que

consume la ciudad de dicha población, en donde la microcuenca de la quebrada Cay es subalterna

de la gran cuenca del Rio Combeima, afluente de donde se capta la mayor parte del agua que

consumen los ibaguereños (CORTOLIMA, 2016).

La topografía en la microcuenca de la quebrada Cay la mayor parte es escarpada, por esto es

importante una identificación de los sectores propensos a sufrir fenómenos de remoción en masa,

para intervenir áreas susceptibles que lo requieran y evitar la erodación que pueda afectar los

cauces de la quebrada Cay, la cual se ve afectada cuando ocurren este tipo de fenómenos ya que

incrementa los volúmenes de turbiedad en el agua, los sedimentos y material de arrastre que pueden

convertirse en grandes movimientos, afectando a poblaciones aledañas y causando problemas

socioeconómicos, ya que esto desfavorece las actividades principales de la zona que son las

agrícolas, ganaderas y captación de agua.

La identificación de las zonas inestables por procesos de remoción en masa, comienza con la

discretización de los sectores de riesgo que pueden afectar la microcuenca Cay; una vez

identificadas las zonas vulnerables, se puede brindar un plan de manejo ambiental para la

conservación y protección de laderas.

Esta investigación fue realizada luego de un proceso arduo de identificación del escarpe de la

zona, análisis de estabilidad y reevaluación del proyecto. En donde la importancia que toma esta

pág. 15

indagación en caso de ser implementada como metodología de identificación de riesgo y

estabilización con bioingeniería por entidades competentes, será juzgada por el aporte a la

población enriquecida por la microcuenca en cada uno de los aspectos socioeconómicos, urbe que

se pretende capacitar con el uso adecuado correspondiente de suelo en las diferentes áreas de la

microcuenca.

Los beneficios que brinda este estudio, es tener un detallado análisis de los espacios que

integran la totalidad de la cuenca y así mismo, a partir de este conocimiento, prever, mejorar y estar

preparado ante eventualidades que puedan generar problema a la población aledaña y al usuario de

agua potable.

pág. 16

3. OBJETIVOS

3.1 General

Diseñar obras de bioingeniería en las áreas de riesgo de remoción de la quebrada Cay

en el municipio de Ibagué.

3.2 Específicos

Identificar las áreas de remoción de masa en la quebrada Cay

Definir la técnica de bioingeniería según las características morfométricas de la

Micro cuenca Cay.

Realizar el presupuesto teniendo en cuenta las características de las técnicas de

bioingeniería.

pág. 17

4. MARCO TEORICO

4.1 Cuenca Hidrográfica

Son aquellas que hacen que el agua que proviene de las montañas o del deshielo, descienda por

la depresión hasta llegar al mar. En algunos casos, la cuenca puede no alcanzar el nivel del mar si

se trata de un valle encerrado por montañas, en cuyo caso la formación acuífera será

una laguna o lago. (ECURED, 2014)

4.1.1 Morfometría de las Cuencas

Es el estudio cuantitativo de las características físicas de una cuenca hidrográfica, se utiliza

para analizarla red de drenaje, las pendientes y la forma de una cuenca a partir del cálculo de valores

numéricos. Dentro de este contexto, es importante señalar que las mediciones deben ser realizadas

sobre un mapa con suficiente información hidrográfica y topográfica. (Delgadillo Santander &

Moreno Barrios , 2018)

La morfometría de cuencas resulta de gran utilidad ya que permite el estudio de la semejanza

de los flujos de diferentes tamaños con el propósito de aplicar los resultados de los modelos

elaborados en pequeña escala a prototipo de gran escala. (Delgadillo Santander & Moreno Barrios

, 2018)

Otro aspecto interesante, reside en los objetivos fundamentales de estos estudios, orientados o

dirigidos a inferir posibles picos de crecidas o a venidas en caso de tormentas, cuyas persecuciones

https://www.ecured.cu/Mar

https://www.ecured.cu/Valle

https://www.ecured.cu/Monta%C3%B1as

https://www.ecured.cu/index.php?title=Acu%C3%ADfera&action=edit&redlink=1

https://www.ecured.cu/Laguna

https://www.ecured.cu/Lago

pág. 18

de tipo socioeconómico motivan especial atención tanto a la hora de utilizar y ocupar el territorio,

como en el momento de definir medidas de tipo estructural para el control de crecidas

excepcionales. La Morfometría de cuencas es igualmente denominada morfología de cuencas

hidrográficas según Lindley y geomorfología de la cuenca según Chow. (Delgadillo Santander &

Moreno Barrios , 2018)

4.1.1.1 Área de la cuenca

El área de la cuenca está definida por el espacio delimitado por la curva del perímetro (P). Esta

línea se traza normalmente mediante fotointerpretación de fotografía aéreas en las que se aprecia

el relieve (y por lo tanto las divisorias de aguas) o sobre un mapa topográfico en función las curvas

de nivel representadas. Probablemente sea el factor más importante en la relación escorrentía-

característica morfológica. En ocasiones, debido a que los métodos de estima de la escorrentía sólo

son válidos si se aplican a áreas de características similares, es necesario tener que dividir las

cuencas de gran tamaño en las que la red de drenaje es muy compleja en subcuencas o subsistemas

de menor entidad, pero mayor homogeneidad. (Ibañez Asencio, Moreno Ramon, & Gisbert

Blanquer, 2013).

4.1.1.2 Causes de la Cuenca

Dependiendo del sustrato en el que se desarrolla, el cauce de un río genera formas de artesa que

contienen las aguas de escurrimiento. Estas formas reciben el nombre de lecho fluvial.

Cuando el río está en período de estiaje, el agua sólo escurre por el lecho menor, encausado en

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pág. 19

el canal de estiaje. En cambio, en los períodos de crecida, el agua inunda el lecho mayor. En

períodos extraordinarios de grandes avenidas, el río ocupa el lecho mayor excepcional.

(Universidad Católica de Chile, 2013)

4.1.1.3 Numero de Orden de los Causes

El orden de la cuenca está dado por el orden del cauce principal

Corrientes de primer orden: pequeños canales que no tienen tributario

Corrientes de segundo orden: dos corrientes de primer orden se unen

Corrientes de tercer orden: dos corrientes de segundo orden de unen

Corrientes de orden n+1: dos corrientes de orden n se unen Entre más alto es el orden de la

cuenca, indica un drenaje más eficiente que desalojará rápidamente el agua. (Ruiz, 2001).

4.1.1.4 Razón de bifurcación.

Es la relación entre el número de corrientes de cualquier orden u (Nu) y el número de corrientes

en el siguiente orden superior u+1 (Nu+1):

𝑹𝒃𝒖 =𝑵𝒊

𝑵𝒊+𝟏

( 1)

Ecuación 1. Razón de bifurcación. Fuente: (Rojo, 2013)




pág. 20

𝐑𝐛𝐮 = Relacion de bifurcacion (Adimensional)

𝐍𝐢 = Numero total de cauces de orden i

𝐍𝐢+𝟏 = Numero total de cauces de orden i + 1

El valor mínimo teóricamente posible para Rb es 2.0. Aunque en la realidad el valor promedio

es del orden de 3,5. (Rojo, 2013).

4.1.1.5 Relación de Longitud.

Es la relación entre la longitud promedio de cierto orden con la longitud promedio de los cauces

de orden inmediatamente inferior.

𝑹𝒍 =𝒍𝒊

𝑵𝒊−𝟏

(2)

Ecuación 2. Relación de Longitud. Fuente: (Londoño.C, 2001)

𝐑l = Relacion de longitudes (Adimensional)

𝐋𝐢 = Longitud promedio total de todos los cauces de orden i(m)

𝐍𝐢−𝟏 = Longitud promedio total de todos los cauces de orden i − 1(m)

pág. 21

4.1.1.6 Densidad de drenaje.

Es la relación entre la longitud total de las corrientes de agua de la cuenca y su área total:

𝑫𝒅 =∑ 𝑳𝒊

𝑨=

𝑲𝒎

𝒌𝒎𝟐

(3)

Ecuación 3. Densidad de drenaje. Fuente: (Rojo, 2013)

𝐃d = Densidad de drenaje (Km

Km2).

∑ 𝐋𝐢 = Suma de las longitudes de los drenajes que se intengran en la cuenca(Km).

𝐀 = Área de la cuenca(Km2).

Cuencas con drenaje pobre: Dd alrededor de 0.5 km/km2;

Cuencas bien drenadas: Dd alrededor de 3.5 km/km2. (Rojo, 2013)

4.1.1.7 Constante de estabilidad del Río.

Representa, físicamente, la superficie de cuenca necesaria para mantener condiciones

hidrológicas estables en una unidad e longitud de canal. Puede considerarse, por tanto, como una

medida de la erodabilidad de la cuenca. (Rojo, 2013).

Regiones con suelos altamente permeables que implican una elevada capacidad de infiltración

o regiones con densa cobertura vegetal, tiene valores altos de la constante es estabilidad y bajos de

densidad de drenaje. (Rojo, 2013)

pág. 22

Una baja constante de estabilidad, o una elevada densidad de drenaje, son característica de

cuenca con rocas débiles, escasa o nula vegetación y baja capacidad de infiltración del suelo. (Rojo,

2013)

𝐂 =𝐀

∑ 𝑳𝒊

(4)

Ecuación 4. Constante de estabilidad de Río. Fuente: (Rojo, 2013)

𝐂 = Constante de estabilidad del Río (Km2

Km).

∑ 𝐋𝐢 = Suma de las longitudes de los drenajes que se intengran en la cuenca(Km).


4.1.1.8 Índice de torrencialidad.

El índice de torrencialidad expresa el recorrido que debe hacer el agua para distribuirse en

los cauces de primer orden. (Rojo, 2013)

𝑪𝑻 =𝒏𝒊

𝐀

(5)

Ecuación 5. Índice de torrencialidad. Fuente: (Rojo, 2013)

pág. 23

𝐂 = Índice de torrencialidad (1

Km2).

𝐧𝐢 = Número de corrientes de primer orden.


A mayor número de curso de primer orden y menor superficie, la torrencialidad de la cuenca

será mayor.

4.1.1.9 Sinuosidad de las corrientes de agua.

Es la relación entre la longitud del río principal a lo largo de su cauce y la longitud del valle

medido en línea curva o recta, un valor de S menor o igual a 1.25 indica baja sinuosidad. Entre más

sinuosos las velocidades en el cauce son menores. (Rojo, 2013)

𝑺 =𝑳

𝑳𝑽

(6)

Ecuación 6. Sinuosidad de las corrientes de agua. Fuente: (Rojo, 2013)

𝐒 = Sinuosidad del cauce(𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙).

𝐋 = Longitud del cauce principal de la cuenca.

𝑳𝑽 = Longitud del valle del cauce principal, medida sobre un trazo suave del cauce.

4.1.1.10 Índice de compacidad o Índice de Gravelius.

Se trata de un indicador adimensional de la forma de la cueca, basado en la relación del

perímetro de la cuenca con el área de un circulo igual a la de la cuenca (Circulo equivalente); De

pág. 24

esta manera, entre mayor sea el coeficiente más distante será la forma de la cuenca con respecto al

círculo.

𝑲𝑪 = 𝟎. 𝟐𝟖 ∗ [𝑷

√𝑨]

(7)

Ecuación 7. Índice de compacidad. Fuente: (FAO, 1985)

𝐊𝐂 = Índice de compacidad o índice de Gravelius (Adimensional).

𝐏 = Perímetro de la cuenca (Km).

𝐀 = Área de la cuenca (Km).

4.1.1.11 Análisis “Kc”.

Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas redondas,

dentro de rangos que se muestran a continuación en la tabla No.1 (FAO, 1985):

Tabla 1. Clasificación Kc.

CLASE DE FORMA RANGO FORMA CARACTERISTICA

𝑪𝒍𝒂𝒔𝒆𝑲𝑪𝟏 Entre 1.0 y 1.25 Redonda a oval redonda

Mayor grado de

susceptibilidad a crecidas, por

lo tanto se debe hacer un

mejor manejo a la

microcuenca.

𝑪𝒍𝒂𝒔𝒆𝑲𝑪𝟐 Entre 1.0 y 1.25 Oval redonda a oval oblonga Mediana susceptibilidad a la

torrencialidad.

𝑪𝒍𝒂𝒔𝒆𝑲𝑪𝟑 Entre 1.0 y 1.25 Oval oblonga a rectangular

oblonga

Presenta menor grado de

susceptibilidad a crecidas.

Fuente: (FAO, 1985).

pág. 25

4.1.1.12 Factor de forma.

Es la relación entre el área de la cuenca y el cuadrado del máximo recorrido. Es un parámetro

adimensional que denota la forma redondeada o alargada de la cuenca (FAO, 1985).

𝐅 =𝑨

𝑳𝒎𝟐

(8)

Ecuación 8. Factor de forma. Fuente: (FAO, 1985)

𝐅 = Factor de forma (𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙).

𝐏 = Área de la cuenca (Km).

𝑳𝒎 = Longitud del maximo recorrido de la cuenca (Km).

4.1.1.13 Análisis factor de forma.

Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas achatadas

o alargadas, dentro de rangos que se muestran a continuación en la tabla No.2 (FAO, 1985):

Tabla 2. Clasificación Factor de forma.

VALOR FORMA CARACTERISTICAS

F>1 Cuenca Achatada. Tendencia a ocurrencia de

avenidas.

F<1 Cuenca alargada Baja susceptibilidad a las

avenidas. Fuente: (FAO, 1985).

pág. 26

4.1.1.14 Índice de alargamiento.

Es otro parámetro que muestra el comportamiento de forma de la cuenca respecto a su

tendencia a ser de forma alargada, en relación con su longitud axial y con el ancho máximo de la

cuenca (FAO, 1985).

𝑰𝒂 =𝑳𝒎

𝑳

(9)

Ecuación 9. Índice de alargamiento. Fuente: (FAO, 1985)

𝑰𝒂 = Índice de alargamiento(𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙).

𝐋 = Ancho máximo (Km).

𝑳𝒎 = Longitud máxima (Km).

4.1.1.15 Análisis de índice de alargamiento.

Este coeficiente define la forma de la cuenca, respecto a la similaridad con formas anchas

o largas, dentro de rangos que se muestran a continuación en la tabla No.3:

Tabla 3. Clasificación índice de alargamiento.

VALOR FORMA CARACTERISTICAS

F>1 Formas más alarga Presenta un área más larga que ancha y

su red principal es larga.

F<1 Forma poca alargada

Red de drenaje se presenta en forma de

abanico, donde las confluencias pueden

estar cerca una de otra y el cauce

principal es corto Fuente: (FAO, 1985).

pág. 27

4.1.1.16 Índice asimétrico.

Este índice evalúa la homogeneidad en la distribución de la red de drenaje; es la relación

del área de las vertientes, mayor y menor, las cuales son separadas por el cauce principal.

𝑰𝒂𝒔 =𝑨𝒎𝒂𝒚

𝑨𝒎𝒆𝒏

(10)

Ecuación 10. Índice asimétrico. Fuente: (FAO, 1985).

𝐈𝐚𝐬 = Índice asimétrico (Adimensional).

𝐀𝐦𝐚𝐲 = Area vertiente mayor (Km2).

𝐀𝐦𝐞𝐧 = Area vertiente menor (Km2).

4.1.1.17 Análisis índice asimétrico.

Si se tiene un índice mucho mayor a 1 Ias>>1, se observa sobre la cuenca que el río principal

estará recargado a una de las vertientes, lo cual implica una heterogeneidad en la distribución de la

red de drenaje aumentando la descarga hídrica de la cuenca a esta vertiente, incrementando en

cierto grado los niveles de erodabilidad a causa de los altos eventos de escorrentía superficial

obtenidos (FAO, 1985).

4.1.1.18 Textura de drenaje.

Teniendo en cuenta la estrecha relación existente entre la textura y la densidad de drenaje, y

con el fin de eliminar la subjetividad que se puede presentar al calificar la textura, se ha optado por

pág. 28

relacionar las calificaciones de textura de drenaje con la escala de valores asignada a la densidad

de drenaje, de tal forma en la tabla No.4 (FAO, 1985):

Tabla 4. Clasificación textura de drenaje.

VALORES DE DENSIDAD DE

DRENAJE “Dd”. TEXTURA DE DRENAJE.

Menor a 1.5 Km/Km2 GRUESA

Entre 1.5 y 3.0 Km/Km2 MEDIA

Mayor de 3.0 Km/Km2 FINA

Fuente: (FAO, 1985).

4.1.1.19 Características del relieve de una hoya.

La pendiente es la variación de la inclinación de una cuenca, su determinación es importante

para definir el comportamiento de la cuenca respecto al desplazamiento de las capas de suelo

(erosión sedimentación) (REYES T, ULISES B, & CARVAJAL E, 2011.).

Tabla 5. Clasificación de las cuencas de acuerdo con la pendiente media.

PENDIENTE MEDIA (%) TIPO DE RELIEVE SIMBOLO

0-3 Plano P1

3-7 Suave P2

7-12 Medianamente Accidentado P3

12-20 Accidentado P4

20-35 Fuertemente Accidentado P5

35-50 Muy fuertemente accidentado P6

50-75 Escarpado P7

>75 Muy escarpado P8 Fuente: (SANCHEZ ANGULO, 2014).

pág. 29

4.1.1.20 Pendiente media método de Alvord.

Alvord, para estimar la pendiente media de las cuencas propone la siguiente expresión (FAO,

1985).

𝑺𝒎 =𝑫. ∑ 𝑳𝑪

𝐀

(11)

Ecuación 11. Pendiente media según Alvord. Fuente: (FAO, 1985)

𝐒𝐦 = Pendiente media de la cuenca(Adimensional).

∑ 𝐋𝐂 = Sumatoria de las longitudes de todas las curvas de nivel que estan dentro de la cuenca (Km).

𝐀 = Area total de la cuenca (Km2).

𝐃 = Diferencia de nivel entre las curvas. (Km).

4.1.1.21 Pendiente media método de elevaciones extremas.

Consiste en determinar el desnivel entre los puntos más elevados y punto más bajo del rio en

estudio y luego dividirlo entre la longitud del mismo cauce.

𝐒(%) =(𝑯𝒎𝒂𝒙 − 𝑯𝒎𝒊𝒏)

𝐋𝒙𝟏𝟎𝟎

(12)

Ecuación 12. Pendiente media método de elevaciones extremas. Fuente: (FAO, 1985).

pág. 30

𝐒 = Pendiente media del cauce (%).

𝐇𝐦𝐚𝐱 = Altitud máxima del río en estudio (m. s. n. m).

𝐇𝐦𝐢𝐧 = Altitud mínima del río en estudio (m. s. n. m).

𝐋 = Longitud del cauce principal de la cuenca (m).

4.1.1.22 Curva Hipsométrica.

Constituye un criterio de la variación territorial del escurrimiento resultante de una región, lo

que genera la base para caracterizar zonas climatológicas y ecológicas. La curva Hipsométrica

refleja con precisión el comportamiento global de la altitud de la cuenca y la dinámica del ciclo de

erosión. Es la representación gráfica del relieve de la cuenca en función de la superficie

correspondiente (SANCHEZ ANGULO, 2014).

4.1.1.23 Coeficiente de Masividad.

Representa la relación entre la elevación media de la cuenca y su superficie. Permite

diferenciar cuenca de igual altura media, pero de relieve distinto, aunque puede dar valores iguales

para cuencas distintas, por lo que no sería válido para definir como tal la erosión (FAO, 1985).

𝑲𝒎 =𝑯𝒎𝒆𝒅

𝐀

(13)

Ecuación 13. Coeficiente de Masividad. Fuente: (FAO, 1985).

pág. 31

𝐊𝐦 = Coeficiente de masividad (m. s. n. m

Km2).

𝐇𝐦𝐞𝐝 = Altitud media de la cuenca (m. s. n. m).

𝐀 = Área de la cuenca(Km).

Este coeficiente toma valores altos en cuencas montañosas y bajos en cuenca planas.

Tabla 6. Clasificación de coeficiente de masividad.

RANGOS DE Km CLASES DE MASIVIDAD

0-35 Moderadamente montañosa

35-70 Montañosa

70-105 Muy Montañosa Fuente: (FAO, 1985).

4.1.1.24 Coeficiente Orográfico.

Es la relación entre el cuadrado de la altitud media del relieve y la superficie proyectada sobre

un plano horizontal. Este parámetro expresa el potencial de degradación de la cuenca, crece

mientras que la altura media del relieve aumenta y la proyección del área de la cuenca disminuye

(FAO, 1985).

𝑪𝑶 =𝑯𝒎𝒆𝒅

𝟐

𝐀

(14)

Ecuación 14. Coeficiente orográfico. Fuente: (FAO, 1985).

pág. 32

𝐂𝐎 = Coeficiente orográfico (m. s. n. m

Km2).

𝐇𝐦𝐞𝐝 = Altitud media de la cuenca (m. s. n. m).

𝐀 = Área de la cuenca(Km).

4.1.1.25 Perfil longitudinal del cauce principal.

Se muestra gráficamente, mediante la representación de la elevación (m.s.n.m), y la longitud

en metros medida desde la desembocadura hasta el punto más alto o cualquier otro punto de

referencia (FAO, 1985).

4.1.1.26 Características de las cuencas hidrográficas.

La curva cota superficie: esta característica es además una indicación del potencial

hidroeléctrico de la cuenca.

El coeficiente de forma: da indicaciones preliminares de la onda de avenida que es capaz

de generar.

El coeficiente de ramificación: también da indicaciones preliminares respecto al tipo de

onda de avenida. (ECURED, 2014)

pág. 33

4.1.1.27 Partes que forman una cuenca.

Cuenca alta: que corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran

pendiente

Cuenca media: la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido

que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.

Cuenca baja: la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita

en lo que se llama cono de deyección. (ECURED, 2014)

4.2 Parámetros hidrológicos.

4.2.1 Hidrología.

La hidrología es el estudio del movimiento, distribución y calidad del agua en todas las zonas

de la Tierra, y se dedica tanto al ciclo hidrológico como a los recursos de agua. Los hidrólogos

trabajan en ciencias ambientales o geológicas, geografía física, e ingeniería civil y ambiental.

(Perez, 2015)

Los dominios de la hidrología incluyen la hidrometeorología, la hidrología superficial, la

hidrogeología, la administración del drenaje y la calidad del agua. La oceanografía y la

meteorología no están incluidas porque en ellas el agua es sólo uno de muchos aspectos

importantes. (Perez, 2015)

https://www.ecured.cu/Erosi%C3%B3n

pág. 34

4.2.2 Almacenamiento estático “Hu”.

Representa el recorrido del agua dentro de la cuenca suponiendo que solo sale en forma de

evaporación. (Calderon & Lemus, 2016)

Para el cálculo de este indicador de almacenamiento en el suelo, se tiene en cuenta que la

profundidad efectiva de la raíz para bosques, cultivos, pastos y zonas impermeables serán 2 m, 1

m, 0.3 m, y 0 m respectivamente. (Yang, Randall, & McVicar, 2016)

𝑯𝑼𝒄𝒐𝒃 = 𝑯𝑼𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 ∗𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑹

𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑷

( 12)

Ecuación 15. Almacenamiento estático. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016)

Donde:

𝐇𝐔𝐜𝐨𝐛 = Contenido de agua en (mm)

𝐇𝐔𝐓𝐎𝐓𝐀𝐋 = Promedio ponderado de contenido de agua de la unidad de suelo(mm)

𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐑 = Profundidad efectiva de la raiz(m)

𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐏 = profundidad ponderada de la unidad de suelo (m)

pág. 35

4.2.3 Capacidad de infiltración “Ks”.

Es el proceso por el cual el agua entra en la superficie de la tierra entra en el suelo. Depende

de la textura y estructura del suelo, los tipos de vegetación, el contenido de agua del suelo, la

temperatura del suelo y la intensidad de precipitación. (Perez, 2015)

𝑲𝒔 = 𝑲𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 ∗𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑹


(16)

Ecuación 16. Conductividad hidráulica saturada del suelo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016)

𝐊𝐬 = Coeficiente conductividad hidraulicas satura del suelo (mm

h).

𝐊𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 = Promedio ponderado de conductividad hidraulica satura de la unidad de suelo(mm).

𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐑 = Profundidad efectiva de la raiz(m).

𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐏 = profundidad ponderada de la unidad de suelo (m).

4.2.4 Conductividad hidráulica interflujo “Kss”.

Inicia luego de transcurrir la precipitación y una vez que la capacidad de intercepción y la

detención superficial del suelo han sido satisfechas, ya en el subsuelo el agua circula y se distribuye

conforme a las condiciones geológicas y topográficas habiéndose definido por varios parámetros

del suelo, de los cuales el más representativo es la conductividad hidráulica, que no es otra cosa

que la capacidad del agua para moverse a través de un medio permeable, siendo esta característica

la mejor forma de definir la permeabilidad ya que cuantifica la capacidad de infiltración del suelo.

(Barbecho & Calle Ortiz , Caracterización de la conductividad hidraulica de los suelos., 2012)

pág. 36

𝑲𝒔𝒔 = 𝑲𝒔𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 ∗𝒑𝒓𝒐𝒇 𝑹


(17)

Ecuación 17. Velocidad de interflujo. Fuente: (Yang, Randall, & McVicar, 2016)

𝐊𝐬𝐬 = Coeficiente de velocidad de interflujo del suelo (mm

h).

𝐊𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 = Promedio ponderado de velocidad de interflujo de la unidad de suelo(mm).

𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐑 = Profundidad efectiva de la raiz(m).

𝐩𝐫𝐨𝐟 𝐏 = profundidad ponderada de la unidad de suelo (m).

4.3 Métodos estadísticos para clasificación de zonas de riesgo.

4.3.1 Tablas de frecuencias con datos agrupados.

Cuando no se conocen los intervalos, por este método, se debe buscar el valor máximo de la

variable y el valor mínimo. Con estos datos se determina el rango.

Luego se divide el rango en la cantidad de intervalos que se desea tener, obteniéndose así la

amplitud o tamaño de cada intervalo.

Comenzando por el mínimo valor de la variable, que será el extremo inferior del primer

intervalo, se suma a este valor la amplitud para obtener el extremo superior y así sucesivamente.

(Portal educativo, 2012).

pág. 37

4.3.2 Método Sturges.

Este es un método estadístico para calcular los intervalos de un grupo de datos, para ello se

debe tener en cuenta la siguiente ecuación:

𝑲 = 𝟏 + 𝟑. 𝟑𝟑𝟐 𝑳𝒐𝒈(𝒏)

( 18)

Ecuación 18. Numero de clases del método de Sturges. Fuente: (Portal educativo, 2012)

Donde:

𝐊 = Numero de clases.

𝐧 = tamaño muestral.

Se debe tener en cuenta 2 cosas. Primero que el número de intervalos me tiene que

dar impar, segundo que el resultado se redondea generalmente a la baja. Si al redondear a la baja

nos da como resultado un número par debemos redondear al alza. Este es el método que tiene mayor

precisión. (Portal educativo, 2012)

4.4 Modelos matemáticos de análisis de taludes.

4.4.1 Método de Bishop simplificado.

“Bishop (1955) presento un método utilizando dovelas y teniendo en cuenta el efecto de las

fuerzas entre las dovelas. Bishop asume que las fuerzas entre dovelas son horizontales o sea que

pág. 38

no tiene en cuenta las fuerzas de cortante. La solución rigurosa de Bishop es muy compleja y por

esta razón se utiliza una versión simplificada de método”. (Diaz, 2018)

𝑭𝑺𝑺 =

∑ [𝒄′ ∗ 𝒃𝒏 + (𝑾𝒏 − 𝒖𝒏 ∗ 𝒃𝒏) ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′] ∗ [𝟏

𝒎 (𝜶)𝒏]

𝒏=𝒑𝒏=𝟏

∑ 𝑾𝒏 ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏𝒏=𝒑𝒏=𝟏

( 19)

Ecuación 19. Factor de seguridad por método de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE

INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013).

𝒎 (𝜶)𝒏 = 𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏 +𝒕𝒂𝒏ɸ′ ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏

𝑭𝑺𝑺

( 20)

Ecuación 20. Factor "mα" extenso de Bishop simplificado. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝒖𝒏 = 𝒉𝒏 ∗ 𝜸𝒘 (21)

Ecuación 21. Presión de poros. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

FS: Factor de seguridad.

c’: Cohesión en la superficie de falla.

tanɸ’: Coeficiente de fricción en la superficie de falla.

Wn: Peso total de cada dovela.

Senα: Componente tangencial actuante en cada dovela.

Cosα: Componente normal resistente en cada dovela.

bn: Ancho de la dovela n-ésima.

pág. 39

Un: Presión media de agua intersticial en la parte inferior de la dovela o presión de poros.

hn: Altura de lámina de la parte inferior de la dovela hasta la superficie freática.

ϒw: Peso específico del agua.

4.4.2 Método ordinario o de Fellenius.

“Conocido también como método sueco, método de las dovelas. Este método asume

superficies de falla circulares, divide el área de falla en tajadas verticales, obtiene las fuerzas

actuantes y resultantes ara casa tajada y con la sumatoria de los momentos con respecto al centro

del circulo producidos por estas fuerzas se obtienen el factor de seguridad”. (Diaz, 2018)

𝑭𝑺𝑺 =∑ [𝒄′ ∗ 𝑳𝒏 + (𝑾𝒏 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏 − 𝒖𝒏 ∗ ∆𝑳𝒏)] ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′

𝒏=𝒑𝒏=𝟏

∑ 𝑾𝒏 ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏𝒏=𝒑𝒏=𝟏

(22)

Ecuación 22. Factor de seguridad por método ordinario de Fellenius. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE

INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

∆𝑳𝒏 =𝒃𝒏

𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏

(233)

Ecuación 23. Factor ΔLn extenso. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)



pág. 40





ΔLn: Longitud de arco en cada dovela.


Ilustración 1. Superficie de la prueba de Falla.

Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, 2013)

pág. 41

4.4.3 Método de Janbú.

“El método simplificado de Janbú se basa en la suposición que las fuerzas entre dovelas son

horizontales y no tiene en cuentas las fuerzas de cortante. Janbú considera que las superficies de

falla no necesariamente son circulares y establece un factor de corrección F0. El factor f0 depende

de la curvatura de la superficie de falla”. (Diaz, 2018)

“El método de Janbú solamente satisface equilibrio de fuerzas y no satisface equilibrio de

momentos”. (Diaz, 2018)

𝑭𝑺𝑺 =

∑ [𝒄′ ∗ 𝒃𝒏 + (𝑾𝒏 − 𝒖𝒏 ∗ 𝒃𝒏) ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′] ∗ [𝟏

𝒄𝒐𝒔𝜶 ∗ 𝒎 (𝜶)𝒏]

𝒏=𝒑𝒏=𝟏

∑ 𝑾𝒏 ∗ 𝒕𝒂𝒏𝜶𝒏𝒏=𝒑𝒏=𝟏

(24)

Ecuación 24. Factor de seguridad por método de Janbú. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝒎 (𝜶)𝒏 = 𝒄𝒐𝒔𝜶𝒏 +𝒕𝒂𝒏ɸ′ ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶𝒏

𝑭𝑺𝑺

(25)

Ecuación 25. Factor mα extendo de Janbú. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)







pág. 42


Un: Presion media de agua intersticial en la parte inferior de la dovela o presión de poros.

hn: Altura de lámina de la parte inferior de la dovela hasta la superficie freática.

ϒw: Peso específico del agua.

4.4.4 Factor de seguridad con comprobación de vuelco.

El factor de seguridad contra el vuelco es sobre la punta exterior del muro de contención

sea gavión, muro armado o cualquier estructura de estabilidad que en su forma actué como tabla

estaca y puede expresarse como:

𝑭𝑺(𝒗𝒖𝒆𝒍𝒄𝒐) =∑ 𝑴𝑹

∑ 𝑴𝑶> 𝟐. 𝟎 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒂

( 26)

Ecuación 26. Factor de seguridad con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

ΣMr: Suma de los momentos de fuerzas que tienden a volcar el punto de la esquina exterior del

muro.

ΣMo: Suma de los momentos de fuerzas que tienden evitar el vuelco del punto de la esquina

exterior del muro.

El momento de vuelvo es

∑ 𝑴𝑶 = 𝑷𝒉 ∗ (𝑯′

𝟑)

( 47)

Ecuación 27. Momento de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

pág. 43

𝑷𝒉 = 𝑷𝒂 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶 ( 58)

Ecuación 28. Presión activa componente horizontal. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝑷𝒂 =𝟏

𝟐𝜸𝟏𝑯′𝟐𝑲𝒂

( 69)

Ecuación 29. Presión activa según Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ,

2013)

𝑲𝒂 =𝟏 − 𝒔𝒆𝒏ɸ′

𝟏 + 𝒔𝒆𝒏ɸ′

( 30)

Ecuación 30. Coeficiente de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

𝑴𝒗 = 𝑷𝒗 ∗ 𝑩 (31)

Ecuación 31. Momento de la componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS

DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

𝑷𝒗 = 𝑷𝒂 ∗ 𝒔𝒆𝒏𝜶 (32)

Ecuación 32. Componente vertical de la presión activa de Rankine. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝑭𝑺(𝒗𝒖𝒆𝒍𝒄𝒐) =∑ 𝑴𝑹

∑ 𝑴𝑶=

𝑴𝟏 + 𝑴𝟐 + 𝑴𝟑 + 𝑴𝟒 + ⋯ + 𝑴𝒏 + 𝑴𝒗

𝑷𝒂 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶 ∗ (𝑯′𝟑 )

( 33)

Ecuación 33. Factor de seguridad extenso con comprobación de vuelco. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE


pág. 44


ɸ’: Ángulo de fricción interna del suelo.

senɸ’: Componente vertical.

cosɸ’: Componente horizontal.

Ph: Componente horizontal de la presión activa de Rankine.

Pv: Componente vertical de la presión activa de Rankine

B: Ancho de la losa de base.

Pa: Presión activa de Rankine.

Ka: Coeficiente de presión activa de Rankine.

H’: Altura de efectiva del muro de contención.

ϒ1: Peso unitario del relleno.

Mv: Momento de la componente vertical de la presión activa de Rankine.

4.4.5 Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base.

El factor de seguridad contra el deslizamiento a lo largo de la base es sobre la punta exterior

del muro de contención sea gavión, muro armado o cualquier estructura de estabilidad que en su

forma actué como tabla estaca y puede expresarse como:

𝑭𝑺(𝒅𝒆𝒔𝒍𝒊𝒛𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐) =∑ 𝑭𝑹′

∑ 𝑭𝒅> 𝟏. 𝟓 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒂

( 34)

Ecuación 34. Factor de seguridad con comprobación de deslizamiento a lo largo de la base. Fuente: (León Cardenas,

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

pág. 45

ΣFr’: Suma de las fuerzas de resistencia horizontal.

ΣFd: Suma de las fuerzas impulsoras horizontales.

𝑭𝑺(𝒅𝒆𝒔𝒍𝒊𝒛𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐) =(∑ 𝑽) ∗ 𝒕𝒂𝒏(𝒌𝟏ɸ′) + 𝑩𝒌𝟐𝒄′

𝑷𝒂 ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶

(35)

Ecuación 35. Factor de seguridad extenso con comprobacion de deslizamiento a lo largo de la base. Fuente: (León Cardenas,


Donde k1 y k2 están en el rango de ½ a 2/3 (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013).

(∑ 𝑽) = 𝜸𝟏 ∗ 𝑨𝟏 + 𝜸𝟐 ∗ 𝑨𝟐 + 𝜸𝟐 ∗ 𝑨𝟐 + 𝜸𝟐 ∗ 𝑨𝟐 + ⋯ + 𝜸𝒏 ∗ 𝑨𝒏 + 𝑷𝒗 (36)

Ecuación 36. Sumatoria de peso por unida de longitud. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)


k1 y k2: Coeficientes de reducción.







pág. 46

ϒn: Peso unitario del relleno.

An: Área de la figura que conforma el muro de contención.

ΣV: Sumatoria de peso por unidad de longitud del muro.

4.4.6 Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga.

El factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga resalta “la

presión vertical transmitida al suelo por la losa de base del muro de contención deberá cotejarse

con la capacidad ultima de carga del suelo” (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝑭𝑺(𝒄𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂) =𝒒𝒖

𝒒𝒎𝒂𝒙> 𝟑. 𝟎 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒂

( 7)

Ecuación 37. Factor de seguridad con comprobación de la falla de capacidad de carga. Fuente: (León Cardenas,


qu: Capacidad ultima de carga del suelo.

qmáx: Capacidad máxima en la punta de la base de la estructura de contención.

qmín: Capacidad máxima en el talón de la base de la estructura de contención.

𝑿 =𝑴𝒏𝒆𝒕𝒐

∑ 𝑽

( 38)

Ecuación 38. .Centroide de la distribución de carga en el suelo hacia la base de la estructura de contención. Fuente: (León

Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

pág. 47

𝑴𝒏𝒆𝒕𝒐 = ∑ 𝑴𝑹 − ∑ 𝑴𝑶 ( 8)

Ecuación 39. Momento de neto del muro de contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝒆 =𝑩

𝟐− 𝑿 <

𝑩

𝟔

( 40)

Ecuación 40. Excentricidad en la base del muro de contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝒒𝒎á𝒙 = 𝒒𝒑𝒖𝒏𝒕𝒂 =∑ 𝑽

𝑩(𝟏 −

𝟔𝒆

𝑩)

( 41)

Ecuación 41. Capacidad máxima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas,


𝒒𝒎í𝒏 = 𝒒𝒕𝒂𝒍ó𝒏 =∑ 𝑽

𝑩(𝟏 +

𝟔𝒆

𝑩)

(42)

Ecuación 42. Capacidad mínima en la punta de la base de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas,


𝒒𝒖 = 𝒄′𝑵𝒄𝑭𝒄𝒅𝑭𝒄𝒊 + 𝒒𝑵𝒒𝑭𝒒𝒅𝑭𝒒𝒊 +𝟏

𝟐𝜸𝑩′𝑵𝜸𝑭𝜸𝒅𝑭𝜸𝒊

( 43)

Ecuación 43. Capacidad ultima de carga del suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA

, 2013)

𝒒 = 𝜸𝑫 ( 9)

Ecuación 44. Carga aportada por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝑩′ = 𝑩 − 𝟐𝒆 ( 10)

Ecuación 45. Base efectiva de la estructura de contención. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

pág. 48

𝑭𝒄𝒅 = 𝑭𝒒𝒅 −𝟏 − 𝑭𝒒𝒅

𝑵𝒄 ∗ 𝒕𝒂𝒏ɸ′

( 46)

Ecuación 46. Factor de forma aportado por la cohesión. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝑭𝒒𝒅 = 𝟏 + 𝟐𝒕𝒂𝒏ɸ′(𝟏 − 𝒔𝒆𝒏ɸ′)𝟐 ∗𝑫

𝑩′

( 47)

Ecuación 47 Factor de forma aportado por la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE


𝑭𝜸𝒅 = 𝟏 ( 48)

Ecuación 48. Factor de forma aportado por el suelo Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

GEOTÉCNICA , 2013)

𝑭𝒄𝒊 = 𝑭𝒒𝒊 = (𝟏 −𝝍°

𝟗𝟎°)

𝟐

( 49)

Ecuación 49 Factor de inclinación de la carga aportado por la cohesión y la distancia de fundación. Fuente: (León Cardenas,


𝑭𝜸𝒊 = (𝟏 −𝝍°

ɸ′°)

𝟐

( 50)

Ecuación 50 Factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE


𝝍° = 𝐭𝐚𝐧−𝟏(𝑷𝒂𝒄𝒐𝒔𝜶

∑ 𝑽)

( 51)

Ecuación 51. Ítem para el factor de inclinación de la carga aportado por el suelo. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS

DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA , 2013)

pág. 49


𝐍𝐜, 𝐍𝐪, 𝐍𝛄: Factores de capacidad de carga.

𝐅𝐜𝐝, 𝐅𝐪𝐝, 𝐅𝛄𝐝: Factores de profundidad.

𝐅𝐜𝐢, 𝐅𝐪𝐢, 𝐅𝛄𝐢: Factores de inclinacion de la carga.








B’: Ancho efectivo de la losa de base.

e: Excentricidad en la base que debe ser menor a B/6 de la base.

ΣMr: Suma de los momentos de fuerzas que tienden a volcar el punto de la esquina exterior del

muro.

ΣMo: Suma de los momentos de fuerzas que tienden evitar el vuelco del punto de la esquina

exterior del muro.

ΣMneto: Momento neto sobre la punta de la estructura de contención.

ΣV: Sumatoria de peso por unidad de longitud del muro.

X: Centroide de la distribución de carga en el suelo hacia la base de la estructura de contención.

ϒn: Peso unitario del relleno.

D: Distancia de fundación.

pág. 50

4.5 Herramientas tecnológicas

4.5.1 Sistema de información geográfica SIG.

“Los SIG son ante todo herramientas de ayuda en la resolución de problemas. De forma

general, están compuestos por un conjunto de metodologías, procedimientos y programas

informáticos especialmente diseñados para manejar información geográfica y datos temáticos

asociados. El concepto de herramienta hace referencia a que el SIG no es el fin, sino el medio, ya

que es una herramienta utilizada para preparar y presentar hechos que ocurren sobre la superficie

terrestre, así que no debemos especializarnos en saber manejar un programa informático, sino en

saber cómo aplicar su potencialidad para nuestro beneficio.” (Codazzi, 2018)

4.5.2 ArcGis 10.3.

“ArcGIS es un completo sistema que permite recopilar, organizar, administrar, analizar,

compartir y distribuir información geográfica. Como la plataforma líder mundial para crear y

utilizar sistemas de información geográfica (SIG), ArcGIS es utilizada por personas de todo el

mundo para poner el conocimiento geográfico al servicio de los sectores del gobierno, la empresa,

la ciencia, la educación y los medios.” (ESRI, 2017)

pág. 51

4.5.3 Slide Rocscience.

Slide es un software de análisis de Estabilidad de Taludes en 2D que utiliza métodos de

equilibro límite para el cálculo de la estabilidad. Su ámbito de aplicación en minería y obra civil es

muy variado, permitiendo evaluar un gran número de problemáticas geotécnicas, tales como

estabilidad de terraplenes, presas, taludes en excavaciones mineras o en edificaciones, efectos de

cargas externas, sísmicas, eficiencia de elementos de refuerzo, etc. (ICOG, 2016)

4.6 Bioingeniería.

4.6.1 Definición Ingeniería Naturalistica.

La Ingeniería Naturalística (IN) es una disciplina técnico-científica que estudia las

modalidades de uso, como materiales de construcción en intervenciones de control de erosión, de

contención y recuperación ambiental, de plantas vivas, de partes de plantas o de asociaciones

vegetales, a menudo en combinación con materiales orgánicos muertos (madera, etc.) y como

materiales no orgánicos naturales (piedras, tierra, etc.) y sintéticos (hierro, plástica, etc.).

(Consorcio PNUD-CRIC-PLAN INTERNACIONAL ECUADOR, 2012)

4.6.2 Finalidades de la Ingeniería Naturalistica.

Técnicas: Control erosión, prevención deslizamientos, recuperación ambiental,

disminución impactos de construcción civiles.

pág. 52

Naturalisticas: No solamente de “maquillaje verde”, sino también de recuperación de

ecosistemas naturales.

Estéticas y paisajísticas: De reconexión con el paisaje del alrededor.

Económicas y sociales: Competitividad económicas con relación a las intervenciones

clásicas de la Ingeniería Civil (muros, gaviones, etc.); las obras de ingeniería

naturalisticas suelen necesitar de mano de obra y de materiales locales.

(Consorcio PNUD-CRIC-PLAN INTERNACIONAL ECUADOR, 2012)

4.6.3 Ámbitos de intervención.

Taludes.

Ríos.

Infraestructuras (carreteras, túneles, etc.).

Recuperación ecológica (Minas, basureros).

4.6.4 Materiales.

Materiales vegetales vivos: Semillas, estolones, estacas, plántulas, rizomas, chambas,

etc.

Materiales orgánicos muertos: Madera, fibras orgánicas (cabuya, coco, yuta, etc.),

abonos orgánicos, etc.

Materiales no orgánicos naturales y sintéticos: Piedras, gravas, hierro, acero, geotextil,

redes plásticas, tubos, abonos químicos, etc.

pág. 53

En la Ingeniería Naturalística, se utilizan plantas vivas, partes de plantas o asociaciones

vegetales, a menudo en combinación con material orgánicos y materiales no orgánicos

naturales y sintéticos, sin embargo, si las plantas faltan no se cumple su definición, en cuanto

solo las plantas pueden reemplazar, a lo largo del tiempo, a la madera, cumpliendo con la

función de anclaje y evitando la erosión del suelo.

4.6.5 Ventajas y desventajas de la Ingeniería Naturalística.

Ventajas.

Acción anti-erosiva.

Acción estabilizadora “dinámica”.

Costos relativamente bajos.

Permiten la creación de hábitat para la fauna.

Favorecen la depuración del agua.

Aumentan la biodiversidad.

Conservan y mejoran el paisaje.

Desventajas.

Necesitan un mantenimiento regular.

Hay factores limitantes.

Los resultados a veces no son inmediatos.

pág. 54

4.6.6 Estudio de la intervención a realizar.

Identificación de los objetivos, como, por ejemplo:

Poner en condiciones de seguridad taludes, riveras, carreteras, ferrocarriles, edificios,

etc.

Objeticos didácticos.

Dos reglas básicas.

Hay que realizar las intervenciones solo si son de verdad necesarias.

Reducir el problema aprovechando lo más posible de las capacidades de recuperación

del mismo sistema natural.

Para un buen diseño de Ingeniería Naturalística es necesario: un análisis detallado del sitio de

intervención:

El diseñador de obras de contención de taludes y de control de erosión, estudia el sitio

de intervención en equipo con otros técnicos, con conocimientos complementarios a los

suyos.

El diseñador de obras estudia con sondeos y pruebas de laboratorio la estratigrafía y las

características geo-mecanicas del sitio de intervención, para verificar la estabilidad de

las estructuras. El diseñador de obras debe conocer bien los limites dimensionales de

una estructura de Ingeniería Naturalística.

pág. 55

4.6.7 Ámbitos de análisis para un diseño de una obra de Ingeniería Naturalística.

Litología.

Geomorfología.

Topografía.

Pedología.

Topo-clima, microclima.

Vegetación.

Geotécnica- verificaciones de estabilidad.

Hidráulica.

Hidrología.

Biotécnica de las especies vegetales.

Interferencias con la fauna local.

Tecnología de materiales.

Tabla 7. Tipo de intervención según pendiente.

PENDIENTE TIPO DE INTERVENCIÓN.

0° - 20°

Nada

Siembras

Hidrosiembras

Plantación de estacas y/o arbustos

20° - 37 / 40° M Mantas orgánicas con siembra (o hidrosiembra) y eventualmente

plantación de estacas y/o arbustos

27° - 40° / 45° Fajas vivas, lechos de ramaje vivos, peldaños de leña, empalizadas

45° - 50° / 55° Emparrillados vivos

Entramado de madera

50° / 55° - 60°

Tierras reforzadas.

Fuente: (Consorcio PNUD-CRIC-PLAN INTERNACIONAL ECUADOR, 2012)

pág. 56

4. AREA DE ESTUDIO

La microcuenca de la quebrada Cay se ubica en la parte centro-occidental del departamento del

Tolima, sobre el flanco oriental de la cordillera central de Colombia. La conforma en parte de la

Cuenca Media del Rio Combeima, dicha microcuenca cuenta con 9 veredas, así: La cascada, La

Victoria, La Coqueta, El Gallo, El Cural, Santa Teresa, Pie de Cuestas Las Amarillas, Cay Parte

Baja y Cay parte Alta. (HERNÁNDEZ ATENCIA, 2013).

Se encuentra en un terreno predominante quebrado; su principal cauce es la quebrada Cay, que

presenta un caudal medio anual de 744.72 L/s. (CORTOLIMA, 2017) Del cual aporta alrededor de

300 L/s para el acueducto. El consumo total del acueducto de la ciudad de Ibagué según la Empresa

Ibaguereña de Acueducto y Alcantarillado IBAL es de 1700 L/s. (HERNÁNDEZ ATENCIA,

2013).

La hoya de la quebrada Cay reside en el Municipio de Ibagué que está ubicado en la zona

central del Departamento del Tolima, su cabecera está localizada sobre una altitud de 1285 msnm.

Ubicada sobre la cordillera Central de los Andes entre el Cañón del Combeima y el Valle del

Magdalena. Este municipio se caracteriza por estar dividido en forma fisiográfica por laderas de

montaña y por otro lado con planicies. Actualmente el suministro de agua potable para la mayor

parte de la población de Ibagué se debe a la captación de agua en la Cuenca Combeima, siendo la

microcuenca de la quebrada Cay uno de los afluentes complementarios para la subsidencia.

pág. 57

Ilustración 2. Área de estudio microcuenca de la quebrada Cay.

Fuente: El autor.

Revísese con mejor detalle el Anexo L. Área de estudio microcuenca hidrográfica Cay.

pág. 58

5. METODOLOGIA

La metodología para la presente investigación se desarrolló en tres fases:

5.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca.

Se realiza la identificación de los parámetros morfometricos según (Rojo, 2013) por medio

del Sotfware ArcGis, y de la información recolectada en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi

de imágenes satelitales de la zona de estudio, con la ayuda del DEM de la NASA, que brinda

modelos de elevación digital.

5.2 Fase 2. Identificación de las zonas de remoción en masa.

A partir de las características morfometricas, y de la información en formato shape (Shp)

del geoportal del DANE (Departamento administrativo nacional de estadísticas) (shape tipo de

suelo en el área de estudio) y del SIGOT (Sistema de información geográfica para el ordenamiento

territorial nacional) (shape cobertura en el área de estudio). Se identificarán áreas de alta amenaza

a remoción de masa por medio de métodos estadísticos (Método de agrupación de datos) a partir

de los parámetros hidrológicos Hu, Ks y Kss.

pág. 59

5.3 Fase 3. Diseños y aplicación de bioingeniería.

Una vez identificadas las zonas en riesgo, se realiza una visita a campo identificando un

punto para una posible aplicación de mejoramiento con diseños de Bioingeniería, dichos diseños

se realizan mediante el software Slide Rocscience, chequeando los factores de seguridad según la

NSR-10, y dando un costo aplicado para la elaboración del proyecto.

pág. 60

DISEÑO DE BIOINGENIERÍA PARA LA MITIGACIÓN DE RIESGO DE REMOCIÓN EN MASA EN LA MICROCUENCA

DE LA QUEBRADA CAY.

FASE 1 Caracterización de la microcuenca.

Recolección información

satelital. (IGAC,SIGO

T,NASA)

Procesamiento de

información en software

ArcGIS 10.3

Cálculo de características morfometricasde la cuenca.

-Área cuenca.

-Perimetro Cuenca.

-Longitudes.

-Cotas.

-Densidad de drenaje.

-Constante estabilidad.

-Indice torrencialidad.

-Sinuosidad.

-Índices de forma.

-Textura drenaje.

-Pendiente

-Razon bifurcacion.

-No. de ordenes

FASE 2 Identificación de las zonas de remoción en masa.

Clasificación tipo de

suelo y tipo de cobertura

Cruce mapa cobertura

vegetal vs tipo de suelo

Calculo parámetros

de infiltración

Hu, Ks, Kss.

Clasificación cualitativa de

los coeficientes por método estadístico

Mapa clasificación

cualitativa con identificación de zonas de

mayor riesgo.

FASE 3 Diseño y aplicación de bioingeniería.

Comprobación zonas de riesgo con visita

de campo.

Si

Levantamiento y medición punto de análisis para aplicación

Bioingeniería.

Estudio condiciones iniciales del punto análisis

sin Bioingeniería.

Aplicación y chequeo metodología

Bioingeniería que se adapte a la condiciones

de terreno.

Calculo presupuesto para metodología de

Bioingeniería aplicada.

No

Replanteo metodología de análisis.

pág. 61

6. RESULTADOS

6.1 Fase 1. Caracterización morfométrica de la microcuenca.

En la tabla No.8 se observa los valores morfometricos obtenidos y en la ilustración 3 el

número de órdenes de la microcuenca Cay. Para detallar el cálculo de los mismos, revísese

el Anexo I. Cálculos morfometria microcuenca Cay.

Ilustración 3. No. de Ordenes de la Cuenca Cay.

Fuente: El autor

pág. 62

Tabla 8. Resultados característicos morfométricas cuenca Cay.

CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS CUENCA CAY

Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad

Área cuenca 20.15484853 Km2 Índice de Torrencialidad"Ct" 8.285847437 1/Km2

Perímetro cuenca 21.31443837 Km Sinuosidad “Sin" 1.015264646 -

Longitud axial 8.010441074 Km

Índice compacidad de Gravelius"Kc"

1.329358619 -

Longitud valle 7.890002976 Km Clas. Índice Gravelius"Kc" Kc2 -

Ancho Max cuenca 3.856149157 Km Factor de forma"F" 0.31409909 -

Longitud Max cuenca 8.688065021 Km Índice alargamiento “Ia" 2.253041744 -

Longitud cauce principal 8.5653 Km

Índice asimetrico"Ias" 1.459956178 -

Cota Mayor 2828 m.s.n.m Textura de drenaje FINA -

Cota Menor 1301 m.s.n.m Pendiente media Método

Alvord"Sm" 9.284201104 -

Densidad de drenaje"Dd"

5.035141671 Km/Km2 Pendiente media Método

Ele.extremas"S" 17.82774684 %

Constante de Estabilidad del Río"C"

0.198604144 Km2/Km Coeficiente Orográfico"Co" 0.21937935 -

No. de Orden Coeficiente de masividad"Km"

104.3297347 -

No. CANTIDAD

CAUCES Valor Unidad

Clasificación coeficiente de masividad

MUY MONTAÑOSO

-

1 167 68.51 Km No.Orden Razón de

bifurcación"Rb" Relación de

longitud"RL" Unidad

2 89 21.37 Km 1 1.876404494 0.59 -

3 32 5.73 Km 2 2.78125 0.75 -

4 11 1.73 Km 3 2.909090909 0.88 -

5 30 4.15 Km 4 0.366666667 0.88 - Fuente: El autor

Se obtuvo un perfil longitudinal de la cuenca (revísese Anexo D. Plano

levantamiento microcuenca hidrográfica Cay con perfil longitudinal del cauce

principal) y la curva hipsométrica (revísese Anexo I. Cálculos morfometria microcuenca

Cay) que indica el porcentaje de área que hay de la cuenca en una cota determinada.

pág. 63

6.2 Fase 2. Zonas de remoción en masa.

Con la cuenca totalmente delimitada, se ingresa una base de datos extraída de la

infraestructura colombiana de datos especiales (ICDE) al software, sobre el tipo de suelo y

tipo de cobertura que se presentan en las limitaciones de la Cuenca Cay. De esta base de

datos se evidenciaron 4 tipos de suelo en las zonas con sus respectivas coberturas,

mencionadas en la siguiente tabla No.9 (Revísese el Anexo G. Clasificación de zonas de

riesgo y método estadístico y el Anexo J. Cálculos cruce suelos vs cobertura Hu, Ks,

Kss)

Tabla 9. Tipos de suelos y coberturas en la microcuenca Cay.

SUELO CARACTERISTICAS COBERTURA CARACTERISTICAS

MKBf1

RELIEVE

MODERADAMENTE

ESCARPADO,

LADERAS

CUBIERTAS DE

CENIZA

VOLCANICA,

EROSIÓN LIGERA.

BOSQUE Bosque con mucha humedad y montañoso

AFLORAMIENTO

Superficie del terreno constituida por capas de rocas

expuestas, sin desarrollo de vegetación, generalmente

dispuestas en laderas abruptas, formando escarpes y

acantilados.

PASTOS

Es de raíces profundas, se produce bien desde el nivel del

mar hasta los 2200 metros de altura, su mayor adaptación

entre los 600 y 1800 msnm. La temperatura puede variar

entre los 23° y 30° C.

MQCf1

RELIEVE

MODERADAMENTE

ESCARPADO,

LARGOS, LADERAS

CUBIERTAS DE

CENIZA

VOLCANICA,

EROSIÓN LIGERA.


AFLORAMIENTO




acantilados.

PASTOS





pág. 64

CULTIVO -

MQDf1

RELIEVE

FUERTEMENTE

QUEBRADO Y

MODERADA A

FUERTEMENTE

ESCARPADO, DE

PENDIENTES

LARGAS, EROSION

LIGERA A

MODERADA

PASTOS






CULTIVO -

RASTROJO -

AFLORAMIENTO




acantilados.

MQObp

SUPERFICIES

LIGERAMENTE

INCLINADAS Y

LARGAS,

ANGOSTAS,

SUJETAS A

INUNDACIONES

OCASIONALES

PASTOS





CULTIVO -

ZONA URBANA -

Fuente: IGAC.

Se ingresaron estos datos al software para delimitar toda la cuenca con su respetivo

suelo y cobertura para conocer las condiciones iniciales de la zona, y saber si la cobertura es

la idónea o no para el tipo de suelo en la que se encuentra.

pág. 65

Ilustración 4. Cruce tipo de suelo y tipo de cobertura en la microuenca Cay.

Fuente: El autor

Con la identificación de suelos y coberturas en la zona de estudio, se calculan tres

parámetros que permiten analizar el comportamiento del suelo frente a condiciones externas

como el agua lluvia, esto se hace para identificar bajo un análisis estadístico, las zonas que

son más propensas a sufrir remoción en masa, esto bajo la premisa expuesta por el ingeniero

Horacio Rivera del centro Internacional del Café (CENICAFE) que cita: “Por lo general el

98% de los movimientos en masa están relacionados con la saturación de los suelos por el

agua y la deforestación de las laderas”. (Rivera, Biblioteca Cenicafe, 2011).

Los coeficientes a analizar son el almacenamiento Estático (Hu), Capacidad de

infiltración (Ks), conductividad hidráulica interflujo (Kss). Siendo de estos el

almacenamiento estático el más relevante, ya que como se mencionó anteriormente, la

pág. 66

retención de agua en los suelos es una de las principales causas de la remoción en masa y

deterioro en los suelos.

Mediante un procedimiento estadístico de agrupación de datos por el método de

Sturges, se conoce los intervalos de los datos obtenidos de los coeficientes anteriormente

mencionados, esto para dar una característica cualitativa del resultado y conocer si es bajo,

medio bajo, medio, medio alto y alto. A continuación, se presentan los resultados obtenidos

y todo el procesamiento realizado para llegar a dichos valores se encuentran en el Anexo G.

Clasificación de zonas de riesgo y método estadístico.

6.2.1 Método de Sturges

Tabla 10. Cálculo de intervalos por método de Sturges

Hu Ks Kss

RANGO 361,22 mm 90,36 mm/H 102,26 mm/H

K intervalos 5 5 5

Amplitud 73 mm 19 mm/H 21 mm/H

Fuente: El autor

pág. 67

6.2.2 Consolidado rango de clasificación según coeficientes.

Una vez procesado el método estadístico por agrupación de datos, se realizó la

siguiente tabla No.11 Consolidado rangos clasificación cualitativas de riesgos, en donde se

expresa el rango de cada intervalo de clasificación cualitativa según el riesgo y su escala de

color correspondiente (para ver el proceso de cálculo, revísese el Anexo G. Clasificación de

zonas de riesgo y método estadístico y el Anexo J. Calculo cruce suelos vs cobertura Hu,

Ks, Kss).

Tabla 11. Consolidado rangos clasificación cualitativa de riesgo.

RANGOS DE CLASIFICACION SEGÚN COEFICIENTES

CLASIFICACION CUALITATIVA

CLASIFICACION Hu(mm) Ks(mm/H) Kss(mm/H)

INTERVALO INTERVALO INTERVALO

BAJO 0 73 0 19 0 21

MEDIO BAJO 74 147 20 39 22 43

MEDIO 148 221 40 59 44 65

MEDIO ALTO 222 295 60 79 66 87

ALTO 296 369 80 99 88 109 Fuente: El autor.

Una vez identificadas las zonas de posible riesgo según la clasificación realizada a

partir de los coeficientes de infiltración, almacenamiento estático y el cruce de suelos versus

cobertura vegetal, se demarcaron las zonas con una escala de color en donde se apreció la

organización según el tipo de riesgo. En los anexos A, B y C se identifica los planos a escala,

con las especificaciones de la zonificación de riesgo para los coeficientes Hu

(almacenamiento estático), Ks (capacidad de infiltración) y Kss (conductividad hidráulica)

respectivamente.

pág. 68

Ilustración 5. Identificación de las zonas de riesgo para cada coeficiente del suelo.

Zonas de riesgo Hu. Zonas de riesgo Ks. Zonas de riesgo Kss.

Fuente: El autor

6.3 Fase 3. Diseño bioingeniería en punto análisis zona de alto riesgo.

Seguido a la clasificación de riesgo, lo siguiente fue una visita de campo de las zonas

en las que aparentemente existe una alta probabilidad de sufrir fenómenos de remoción o

erosión en masa. El registro fotográfico de la visita de campo se encuentra en el Anexo F.

Registro fotográfico exploración de campo y todos los parámetros de entrada para elaborar

el diseño y análisis de mejoramiento con bioingeniería se encuentra en el Anexo H.

Memorias de cálculo Slide Rocscience - Parámetros de diseño.

pág. 69

6.3.1 Medidas encontradas en el talud del meandro.

En la visita realizada se dispuso a medir el talud encontrado para el análisis y las

dimensiones encontradas fueron:

Ancho carretera 3.70 m.

Talud alto 3.15 m.

Largo talud 20 m.

Ancho rio 4.10 m.

Desprendimiento carretera 0.20 m.

Ilustración 6. Talud de análisis para aplicación de bioingeniería.

Fuente: El autor

pág. 70

6.3.2 Análisis estático y pseudo-estático.

Para garantizar la estabilidad para este talud en condiciones dinámicas se debe

emplear la aceleración máxima (amax) del terreno; Según la NSR-10 en caso de que el sitio

de objeto de análisis haga parta de un estudio de microzonificación sísmica aprobado se

utilizara la aceleración máxima del terreno y el coeficiente sísmico de diseño para análisis

pseudo-estático de taludes KST; KST tiene el valor igual o menor a amax y los valores para

(amax/KST) dependen del tipo de material del terreno.

En cuanto al análisis estático solo se tendrá en cuanto las cargas muertas y vivas que

estén involucradas en el talud de análisis y su respectivo peso propio sin ningún tipo de

aceleración que involucre cargas horizontales.

Tabla 12. Valores mínimos para análisis estático y pseudo - estático de taludes.

Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)

El coeficiente de carga sísmica horizontal se determinó de acuerdo a las

especificaciones de la norma de construcción sismo resistente colombiana (NSR-10).

pág. 71

𝑲𝒉 = 𝑲𝒔𝒕 = 𝑲𝒔𝒕

𝒂 𝒎𝒂𝒙∗ 𝒂𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝑭𝒂

( 52)

Ecuación 52. Coeficiente de carga sísmica horizontal. Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)

𝑲𝒉 = (𝟎. 𝟓) ∗ 𝟎. 𝟐 ∗ 𝟏. 𝟒

𝑲𝒉 = 𝟎. 𝟏𝟒

Coeficiente de carga sísmica horizontal: 0.14 = Kh

Para el coeficiente de carga sísmica vertical:

𝑲𝒗 = (𝟐

𝟑) ∗ 𝑲𝒉

(53)

Ecuación 53. Coeficiente de carga sísmica vertical. Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010)

𝑲𝒗 = (𝟐

𝟑) ∗ 𝟎. 𝟏𝟒

𝑲𝒗 = 𝟎. 𝟎𝟗𝟑𝟑

Pero el coeficiente de aceleración sísmica vertical solo es usado cuando

nuestro talud en cuestión está situado justo arriba del epicentro del sismo.

6.3.3 Análisis de estabilidad.

El análisis de estabilidad del perfil longitudinal del talud en cuestión fue analizado en

el programa Slide Rocscience, software que permitió modelar las estratificaciones del

subsuelo y nivel freático con sus respectivas características propias, además de asignar cargas

distribuidas aportadas en la corona del talud y el análisis estático y pseudo-estático (análisis

sísmico).

pág. 72

Ilustración 7. Perfil del talud modelado en Slide.

Fuente: Slide Rocscience.

Ilustración 8. Coeficiente de cargas sísmicas usado para el análisis


Slide, el software de análisis de estabilidad de taludes nos permite ver el factor de

seguridad (FS) resuelto por diferentes métodos que existen, para este caso en particular se

escogió resolver por Bishop simplificado, Fellenius ordinario y Janbu simplificado y

corregido, cabe resaltar que el análisis aplicado a este talud fue estático y pseudo-estático por

lo cual los factores de seguridad obtenidos del análisis sísmico son mayores a los de un

análisis estático.

pág. 73

Ilustración 9. Factor de seguridad obtenido del talud con falla circular.


pág. 74

Ilustración 10. Factor de seguridad obtenido del talud con no falla circular.


Los Factores de seguridad obtenidos:

Tabla 13. Valores FS (Estático y Pseudo-estático) por diferentes métodos.

Método de análisis FALLA CIRCULAR FALLA NO CIRCULAR

FS (ESTATICO)

FS (PSEUDO-ESTATICO)

FS (ESTATICO)


Bishop Simplificado

0.989 0.862 0.944 1.44

Fellenius Ordinario 1.002 0.862 0.557 0.949

Janbu Simplificado 1.01 0.856 0.966 1.353

Fuente: El autor

pág. 75

En la estabilidad de taludes se analizan el conjunto de fuerzas que actúa sobre una

porción de tierra, tanto las fuerzas disponibles para resistir el movimiento como las fuerzas

que desequilibran el talud. El factor de seguridad es el cociente entre ambas y tiene que ser

mayor que 1 para considerar el talud estable.

𝑭𝑺 =𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆𝒔

𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒅𝒆𝒔𝒆𝒔𝒕𝒂𝒃𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

( 54)

Ecuación 54. Factor de seguridad general. Fuente: (León Cardenas, FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA

, 2013)

Pero en Colombia cada construcción sea de estabilidad, vivienda o uso ocupacional,

es regida por el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10), que

es riguroso y nos propone lo siguiente:

Tabla 14. Factores de seguridad mínimos para análisis de taludes.

Fuente: (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010). Tabla H.2.4-1

Una vez analizado el talud intervenido fue evidente lo propenso que esta esté a fallar

o sufrir algún fenómeno de remoción en masa, lo cual tendría severas consecuencias a la

comunidad habitante de la cuenca de la quebrada Cay por imposibilitar el paso de vehículos,

pág. 76

ya que, de llegar a sufrir algún tipo de eventualidad, la vía que pasa por la corona del talud

quedaría deshabilitada completamente.

Por lo anteriormente citado para evitar deslizamientos de tierra se propone unas

medidas de precaución las cuales garantice o más bien mejoren las condiciones de talud e

incrementen el factor de seguridad y vida útil de este.

6.3.4 Solución con Bioingeniería

Para el cálculo de la técnica aplicada en cuestión y siguiendo las directrices de la

Ingeniería Naturalística, se procedió a efectuar un gavión verde como muro de contención,

el cual se le fue calculado sus correspondientes parámetros seguridad para el chequeo de

estabilidad, estos ítems calculados fueron programados en una hoja de cálculo la cual

permitiera agilizar el procedimiento para encontrar el factor de seguridad (FS)

correspondiente a cada una de las metodologías (Revísese el Anexo E. Calculo y

presupuesto metodología aplicada Bioingeniería).

Por lo tanto, la sección transversal de dicha estructura se mostrará a continuación:

pág. 77

Ilustración 11. Perfil talud con mejoramiento y sus dimensiones modelado en Slide Rocscience.


.

En el procesamiento de la información en el software Slide Rocscience, identificando

los factores de seguridad del talud, en el Anexo H. Memorias de cálculo Slide Rocscience

– Parámetros de diseño, se encuentran las magnitudes de dichos factores de seguridad por

las diferentes metodologías.

pág. 78

Ilustración 12. FS para diferentes metodologías.

Fuente: El autor

Como se puede observar, en los resultados se chequeo el volcamiento, deslizamiento

y capacidad de carga, la estructura a diseñar cumple el factor seguridad (FS>2) para

volcamiento, para deslizamiento (FS>1.5) y para capacidad de carga (FS>3). Los cálculos

realizados de dichos factores de seguridad y los valores utilizados para la capacidad de cargas

de los suelos se encuentran en el Anexo E. Calculo y presupuesto metodología aplicada

Bioingeniería.

6.3.5 Consolidado mejoramiento.

A continuación, la tabla No.15, se muestra el consolidado de los factores de seguridad en

donde fue analizado el punto intervenido previamente sin aplicar ningún tipo de

Sección área (m2)Peso unitario

(kN/m)Brazo (m) Momento (KN.m/m)

1 2 44.8 1 44.8

3 1 22.4 1 22.4

3 1 22.4 1.5 33.6

4 0.5 7.8 1.75 13.65

97.40 Mr 114.45

Mi(KN.m/m) 19.02

Cohesión(KN/m2) 5

φFricción 35

6.02

1.96

6.83

FS Volcamiento

FS Deslizamiento

FS Capacidad de carga

Fv

pág. 79

mejoramiento, seguido de la intervención suministrada con bioingeniería propósito principal

de esta investigación; en donde se logra verificar cuantativamente el mejoramiento que fue

aplicado; cabe aclarar que dentro de estos valores mencionados en la tabla No.14, algunas

metodologías de análisis no fueron aplicadas ya que al evaluar inicialmente la condiciones

primarias del punto intervenido con los métodos que proporciona Slide Rocscience, esto era

suficiente para dictaminar que el talud es propenso a la falla.

Tabla 15. Modelos matemáticos de análisis de estabilidad de taludes.

MODELOS MATEMATICOS DE ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

METODO ANILISIS CUMPLE SI FS>

SIN INTERVENIR CON BIOINGENIERIA

FALLA CIRCULAR FALLA NO CIRCULAR FALLA CIRCULAR FALLA NO CIRCULAR

FS (ESTATICO)


FS (ESTATICO)


FS (ESTATICO)


FS (ESTATICO)


Bishop Simplificado 1.05 0.989 0.862 0.944 1.440 2.251 1.68 1.525 1.634

Fellenius Ordinario 1.05 1.002 0.862 0.557 0.949 1.910 1.403 1.084 1.012

Janbu Simplificado 1.05 1.01 0.856 0.966 1.353 2.006 1.458 1.478 1.54

Volcamiento 2 - - - - 6.02 6.02 6.02 6.02

Deslizamiento 1.5 - - - - 1.96 1.96 1.96 1.96

Capacidad de carga 3 - - - - 6.84 6.84 6.84 6.84

Fuente: El autor

6.3.6 Estabilización talud con re-vegetalización.

Para la re-vegetalización del talud se propone tratarlo con la siguiente opción, opción a

la cual se le verifico sus características y lo que puede llegar a aportarle a la estabilización de

un talud:

Pastos vetiver: “El pasto vetiver es una gramínea que genera mucho interés a nivel

mundial como una tecnología tradicional para la conservación de los suelos y agua,

ya que alcanza hasta una altura de 2 metros, con un sistema radical fuerte que crece

pág. 80

verticalmente (en su mayoría) a profundidades hasta 5 metros, generando amarres en

el suelo por el enredamiento de sus basta raíces” (Vertivercol S.A.S, 2018)

“El Vetiver prefiere los suelos magros arenosos profundos, sin embargo, crece bien

en un rango amplio de suelos, creciendo en pedregales, suelos ácidos (pH 3) o

alcalinos (pH 11), aguanta niveles tóxicos de metales como aluminio, manganeso

(550 ppm) y condiciones sódicas, incluso aguantando inundaciones por largos

períodos, de 3 meses o más después de que está bien establecido, también crece bien

en suelos pocos profundos” (Vertivercol S.A.S, 2018)

Ilustración 13. Pastos Vetiver.

Fuente: (Vertivercol S.A.S, 2018)

pág. 81

6.3.7 Método de instalación del Vetiver.

La siembra de este debe ser sobre una estación lluviosa cuando el suelo está bien húmedo,

se siembran de dos a tres tallos teniendo que estar separados a cada 10 - 15 cm. La

propagación de este pasto es muy eficaz y crece sobre casi cualquier tipo de terreno que no

necesariamente deba tener un alto contenido de materia orgánica para su reproducción, por

eso mismo en su instalación se dejan grandes parches de terreno sin sembrar, que futuramente

serán tapados por la reproducción de esta planta. (Vertivercol S.A.S, 2018)

El vetiver se presenta en esqueje, o también plantas en bolsa a partir de esquejes

enraizados y revegetalizados; comercialmente el Vetiver se vende en bolsas y su valor

comercial puede rondar entre los $700.00 m/cte; se empaca en bolsas de fibra que contiene

70 unidades y un peso aproximado de 30 Kg. (Vetiveria, 2018)

Ilustración 14. Vetiver comercial.

Fuente: (Vetiveria, 2018)

pág. 82

Para la instalación del vetiver, este debe ser enterrado a chuzo cada 10 cm en los poros

del gavión rocoso, acompañado de material orgánico que permita la adhesión de las vastas

raíces de esta gramínea y facilite su reproducción para la conformación del gavión verde que

sirva como muro de contención y aplicación de bioingeniería.

Ilustración 15. Gavión verde.

Fuente: El autor.

pág. 83

7. PRESUPUESTO

En el desarrollo del presupuesto para la implementación de bioingeniería en un punto de

la cuenca cay, se estipulan unas actividades a realizar con su respetivo análisis de precios

unitarios (APU) donde se tiene en cuenta el valor unitario de cada actividad incluyendo la

mano de obra del personal idóneo a cada función, Adicionando los costos indirectos de obra

(AIU) Administración, imprevistos y utilidades. Con la visita a campo ya se tiene cantidades

de materiales a usar y unidades estipuladas para cuantificar el costo de cada actividad. Para

observar a detalle la elaboración del siguiente presupuesto se encuentra en el Anexo. E

Calculo y presupuesto metodología aplicada Bioingeniería.

pág. 84

Tabla 16. Calculo del presupuesto para la aplicación de bioingeniería.

LISTADO DE ACTIVIDADES Y PRESUPUESTO

Descripción Unidad Cantidad Valor unitario Valor Parcial Total Actividad

LOCALIZACIÓN Y REPLANTEO

Localización y replanteo muro m2 63 $

3,247.23 $

204,575.28 $

204,575.28

EXCAVACIÓN

Excavación muro m3 80 $

48,781.35 $

3,902,508.33 $

3,902,508.33

CONSTRUCCIÓN DE GAVIONES

Muro de gavión verde

Material de relleno (incluye mano de obra, transporte y equipo)

m3 80 $

60,576.06 $

4,846,084.49 $

8,584,084.49 Caja Malla de alambre de acero entrelazado Código A (2x1x1)

und 60 $

62,300.00 $

3,738,000.00

INSTALACION PASTOS VETIVER

Muro de gavión verde

Instalación a chuzo pastos Vetiver ml 20 $

111,693.78 $

2,233,875.69 $

2,233,875.69

COSTOS DIRECTOS $

14,925,044

ADMINISTRACIÓN 10% $

1,492,504.38

IMPREVISTOS 5% $

746,252.19

UTILIDADES 5% $

746,252.19

PRESUPUESTO DISEÑO MURO GAVIÓN VERDE $

17,910,053

Fuente: El autor

pág. 85

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

A partir de la identificación de las características morfometricas de la cuenca de la

quebrada Cay, pudo reconocerse que por la extensión de su superficie esta se

encuentra dentro del rango de las denominadas microcuencas, ya que su área de

tamaño está por debajo de las 1000 hectáreas (Ha); además de presentar una gran

capacidad de drenaje lo cual expone grandes volúmenes de escurrimientos, lo que en

proporción aumenta en teoría los niveles de erodabilidad y que se agrava ya que esta

microcuenca presenta rocas débiles en su conformación, escasa vegetación y una baja

capacidad de infiltración. Asimismo, la microcuenca de la quebrada Cay presenta

problemas de estabilidad por el poder del agente erosivo de la gota de lluvia y no por

el agua, ya que esta gota es la que impacta las laderas de la montañosa cuenca y genera

erodación; este problema aumenta cuando las remociones en masa llegan a los cauces

de la red hídrica cuyos drenajes presentan una sinuosidad baja, lo cual es sinónimo

de alta velocidades en los caudales y empeora los procesos de transporte de material

e incrementa la sedimentación y turbiedad del agua de los canales naturales,

fenómeno que afecta y dificulta la captación de agua para la ciudad de Ibagué,

municipio que se surte en parte de este afluente.

De los shapes suministrados por el IGAC de cobertura vegetal y los tipos de suelos,

cabe resaltar que estos, no están actualizados al presente año y para el caso en

particular de la cobertura vegetal esta es muy cambiante por la aplicación de cultivos,

ganadería y habitación de la población residente en la microcuenca de la quebrada

pág. 86

Cay; así que esta investigación puede mostrar resultados que no están reflejados a la

realidad actual, pero que en su conformación como metodología de indagación puede

servir como punto de referencia o arranque para un estudio exhaustivo, si se pretende

profundizar y agrandar este sistema de análisis que bien podría servir para identificar

presuntas zonas de riesgo y dar posibilidad de intervenir áreas de susceptibilidad antes

de su colapso, ya sea con bioingeniería o cualquier otra medida de mitigación

estabilizante.

En referencia a la identificación de las zonas de riesgo propuesta para cada uno de los

coeficientes analizados, pudo observarse que en la visita de campo realizada se

encontró un punto de análisis con evidente afectación de remoción en masa,

específicamente por la erosión generada por el cauce principal en el meandro

existente en el sector de análisis y que corresponde y se encuentra dentro de una de

las presuntas zonas de alto riesgo propuestas en la metodología ejecutada; lo cual

indica que este estudio puede ser verídico y confiable para seguirse desarrollando

pero que carece de pruebas sustentables que respalden la metodología, ya que en la

visita de campo realizada solo pudo identificarse un lugar de afectación y no se

encontraron más pruebas tangibles de afectación por la gran extensión de la

microcuenca, que aunque pequeña en su clasificación, para el reconocimiento general

de la misma hace falta más que una simple visita por carreta sino también un

reconocimiento con fotogrametría, recorrido extenso por toda la superficie de la

cuenca y levantamiento topográfico, lo cual implica en un equipo de trabajo más

grande y con el suficiente musculo financiero para el desarrollo de la investigación.

pág. 87

Una alternativa que se propone a futuro o recomendación en este proyecto de

investigación, es a partir de un catastro de desastres ocurridos en la cuenca del rio

Combeima, el cual es llevado a cabo por la Dirección del Grupo de Prevención y

Atención de Desastres (GPAD), en donde se identificaría geográficamente en que

sitios han ocurrido eventos pasados de fenómenos de remoción en masa o

eventualidades que hayan afectado la microcuenca de la quebrada Cay e ubicar su

punto de suceso y verificar si este historial de desastres corresponde y se sitúa dentro

de las denominadas zonas de riesgo que se identificaron en este proyecto, con el fin

de corroborar si estos acontecimientos pasados de remoción en masa son acordes a la

zonificación planteada.

Una vez verificada la metodología de investigación en cuanto a la clasificación de

zonas de riesgo, se hace relevante la aplicación de esta en diferentes cuencas

hidrográficas todo con el fin de corroborar y tener pruebas amplias que confirmen si

esta indagación muestra fundamentos confiables en otras zonas de estudio, lo cual

nos podría permitir identificar áreas inseguras basado en el historial de efectividad y

que en vez de ser una metodología de investigación puede ser una metodología de

ejecución para demarcar zonas con sus características y establecer o recomendar los

tipos de usos que puedan darse según la necesidad ya sea para cultivos agrícolas,

ganadería, uso residencial o social.

pág. 88

La capacidad de almacenamiento estático hidráulico “Hu”, la conductividad

hidráulica saturada del suelo “Ks” y la velocidad de interflujo del suelo “Kss”, fueron

ítems de gran relevancia para el desarrollo de la presente investigación y permitieron

realizar la clasificación que se obtuvo, pero que partió de los datos obtenidos mas no

de una clasificación general que permitiera observar si cierto valor calculado, cabía

dentro de alguna ordenación parametrizada por alguna entidad o estándar de

reconocimiento en el tema; por esta razón en particular fue realizado el método

estadístico por agrupación de datos, en donde se asoció un patrón de concentración

de resultados y se generó la escala cualitativa por colores primarios de mayor a menor

riesgo, no obstante esto hablaría que en el momento de aplicación de esta metodología

a otra cuenca distinta podría obtenerse unos rangos menores o mayores a la escala

obtenida de inseguridad.

La implementación del software ArcGis 10.3 fue acertada, para la realización del

estudio morfometrico de la Cuenca, y la obtención de los resultados es más acertada

y ayuda a optimizar más tiempo, si se hace por un método manual.

La pendiente torna a ser un factor importante en la identificación de zonas de riesgo

a remoción en masa, ya que en la parte alta de la cuenca donde se presentan las

pendientes más altas, se evidencian mayor riesgo de afectación en la zona, ya que los

suelos tienden a ser más inestables.

pág. 89

Se comprobó que el almacenamiento estático es un factor importante a la hora de

identificar suelos inestables, ya que la saturación de los suelos los lleva a ser más

propensos a sufrir remoción en masa.

El cruce de tipos de suelos y tipos de coberturas en las zonas, ayudó a identificar

posibles áreas de riesgo, ya que un suelo con mal uso por su cobertura podría tender

a ser más inestable.

El método estadístico utilizado en el estudio, permitió clasificar las zonas de la

Cuenca Cay de una forma cualitativa, mediante intervalos que son clasificados según

los valores de los coeficientes del suelo trabajado.

pág. 90

9. REFERENCIAS.

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