JEFER HERNAN CASTRO JIMENEZ CRISTIAN SAMUEL RIVERA …

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DISEÑO Y MODELACIÓN FÍSICA A ESCALA DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS

PARA MANEJO DE AGUAS LLUVIAS EN TALUD DE LA MICROCUENCA Q. LA

VOLCANA-IBAGUÉ

JEFER HERNAN CASTRO JIMENEZ

Código: 2520131105

CRISTIAN SAMUEL RIVERA CARVAJAL

Código: 2520131114

Universidad de Ibagué

Ingeniería Civil

2018

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VOLCANA-IBAGUÉ

JEFER HERNAN CASTRO JIMENEZ

Código: 2520131105

CRISTIAN SAMUEL RIVERA CARVAJAL

Código: 2520131114

Directora: IVETH JOHANA NAVARRO TORRES

Codirectora: ISABEL CRISTINA ROJAS RODRÍGUEZ

Proyecto de grado presentado como requisito para obtener el título de Ingeniero Civil

Universidad de Ibagué

Ingeniería Civil

2018

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1. Dedicatoria

Jefer Hernán Castro Jiménez dedica a:

A Dios por poner en nuestro camino todas las herramientas para surcar los diferentes retos que

nos fueron impuestos.

A mi familia y amigos que, con todo su apoyo, sus sabios consejos y comprensión hicieron esto

posible.

A todos aquellos profesores que por el camino nos han moldeado de una u otra manera y nos

han convertido a lo que somos hoy.

A mi compañero de tesis, que con sus grandes y valiosos aportes facilito mucho las cargas de

este trabajo.

Cristian Samuel Rivera Carvajal dedica a:

Este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme haber llegado hasta

donde estoy en este momento tan importante para mi formación profesional. A mi Madre, por

ser la persona más importante, por demostrarme siempre su inmenso amor y apoyo

incondicional. A mi Padre que me ha brindado fortaleza y confianza a lo largo de mi vida. A mi

hermano menor que ha sido un gran impulso en mi vida para ser quien soy, a mis compañeros y

amigos que me han guiado y afirmado a lo largo de mi carrera. A mi compañero de tesis con el

que formo un gran equipo.

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2. Agradecimientos

Los Autores dan sus más sinceros agradecimientos a:

Nuestra directora Iveth Johana Navarro Torres y a nuestra codirectora Isabel Cristina Rojas

Rodríguez que siempre estuvieron dispuestas a ayudarnos y a compartir sus conocimientos y

experiencias que nos guiaron y acompañaron durante este proceso.

A la universidad de Ibagué, facultad de ingeniería civil porque gracias a esta podemos cumplir

nuestros sueños en especial al director de programa en su momento Édgar Ramiro Jiménez Pérez

y a toda su planta administrativa por comprensión y ayuda siempre que lo necesitamos.

Agradecemos a Dios por lo que somos y hacemos.

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3. Tabla de contenido

1. Dedicatoria................................................................................................................................. 3

2. Agradecimientos ........................................................................................................................ 4

3. Tabla de contenido .................................................................................................................... 5

4. Lista de tablas ............................................................................................................................ 8

5. Lista de figuras ........................................................................................................................ 11

6. Lista de anexos ........................................................................................................................ 17

7. Resumen ................................................................................................................................... 18

8. Introducción ............................................................................................................................ 19

9. Definición del proyecto ........................................................................................................... 20

9.1 Titulo .................................................................................................................................. 20

9.2 Área de ingeniería ............................................................................................................. 20

9.3 Descripción del problema ................................................................................................. 20

9.4 Formulación del problema ............................................................................................... 21

9.5 Justificación ....................................................................................................................... 21

9.6 Objetivos ............................................................................................................................ 23

9.6.1 Objetivo General......................................................................................................... 23

9.6.2 Objetivos Específicos .................................................................................................. 23

9.7 Alcance o delimitación ...................................................................................................... 23

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10. Marco referencial .................................................................................................................. 25

10.1 Marco contextual ............................................................................................................. 25

10.1.1 Descripción del lugar de estudio.............................................................................. 25

10.1.2 Población ................................................................................................................... 26

10.1.3 Aspecto económico .................................................................................................... 28

10.1.4 Ubicación Del Acueducto Florida Sur Comuna 13 ................................................ 29

10.2 Marco teórico ................................................................................................................... 31

10.2.1 La erosión .................................................................................................................. 32

10.2.2 Metodología para la planeación y diseño de obras de control de erosión ........... 37

10.2.3 Alternativas de manejo o estabilización ................................................................. 37

10.2.4 Formas, mecanismos de erosión y obras de estabilización ................................... 40

10.2.5 Factores legales ambientales y económicos ............................................................ 44

10.2.6 Selección de la técnica específica de estabilización ................................................ 44

10.2.7 Método general de diseño ......................................................................................... 47

10.2.8 Manejo de la construcción ....................................................................................... 49

11. Metodología ........................................................................................................................... 51

11.1 Recolección y análisis de información relevante al sitio de estudio. ........................... 52

11.2 Diseño de alternativas de solución ................................................................................. 52

11.3 Rediseño de soluciones a escala ...................................................................................... 53

11.4 Desarrollo del modelo físico de las soluciones a escala ................................................ 53

7

11.5 Discusión .......................................................................................................................... 53

12. Trabajo ingenieril ................................................................................................................. 54

12.1 Recolección y análisis de información relevante al sitio de estudio ............................ 54

12.1.1 Ubicación topográfíca ............................................................................................... 54

12.1.2 Hidrología .................................................................................................................. 65

12.1.3 Geología ..................................................................................................................... 79

12.1.4 Análisis geotécnico .................................................................................................... 87

12.1.5 Parámetros de modelación Seudo-estatico ........................................................... 111

12.1.6 Modelación en Slide ................................................................................................ 112

12.2 Diseño de alternativas de solución ............................................................................... 121

12.2.1 Diseño de la forma del talud .................................................................................. 122

12.2.2 Diseño de obras de manejo de aguas de escorrentía............................................ 127

12.2.3 Diseño de las obras de protección de la superficie del terreno ........................... 143

12.2.4 Diseño de las obras de control geotécnico ............................................................ 144

12.3 Rediseño de solución a escala ....................................................................................... 145

12.3.1 Estado del arte modelos a escala ........................................................................... 145

12.3.2 Modelos físicos reducidos ....................................................................................... 147

12.3.3 Definición de la escala a utilizar en el modelo físico ............................................ 148

12.3.4 Definición del material del modelo físico a escala reducida ............................... 151

12.3.5 Dimensiones modelo a escala ................................................................................. 153

8

12.4 Construcción del modelo a escala reducida ................................................................ 157

12.5 Discusión y Conclusiones .............................................................................................. 166

13. Referencias........................................................................................................................... 169

14. Anexos .................................................................................................................................. 175

4. Lista de tablas

Tabla #1 Cronograma de trabajo de grado. Fuente: Los autores

Tabla #2 Censos de población: 1951, 1964, 1973, 1985 1993 y 2005. Fuente: DANE.

Tabla #3 Precipitaciones (mm) valores máximos mensuales en 24 horas 1970 - 1993 (parte1).

Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales.



Tabla #5 Meses con mayor precipitación en 24 horas anual. Fuente: Los autores.

Tabla #6 Calculo de las precipitaciones diarias máximas probables para distintas frecuencias

Fuente: Los autores.

Tabla #7 Precipitación máxima por tiempo de duración, Fuente: Los autores.

Tabla # 8 Intensidad según el tiempo de retorno, Fuente: Los autores.

Tabla #9 Datos de campo Sondeo 1. Fuente: Los autores.


9

Tabla #11 Correlaciones del ángulo de resistencia interna del suelo con N SPT. Tomado de:

Gonzales 1999.

Tabla #12 Correlaciones del ángulo de resistencia interna del suelo con N SPT en Colombia.

Tomado de: Gonzales 1999.

Tabla #13 Resultados de correlación de ángulo de fricción por cada ecuación. Fuente: Los

autores.

Tabla #14 Resultados de correlación de ángulo de fricción por cada ecuación Sondeo 2. Fuente:

Los autores.

Tabla #15 Resultados corte directo 1 1408msnm. Fuente: Los autores.



Tabla #18 granulometría muestra 1. Fuente: Los autores.



Tabla #21 Resumen principales características de las muestras de análisis. Fuente: los autores.

Tabla #22 (LEY #400, 1997) Valores de Kst/amax mínimos para análisis Seudo-estatico de

taludes. [Tabla]. Recuperado de “Reglamento colombiano de construcción sismo resistente”.

Tabla #23 Resultados de factores de seguridad perfil 1

10







Tabla #30 (LEY #400, 1997) Factores de seguridad básicos mínimos directos. [Tabla].

Recuperado de “Reglamento colombiano de construcción sismo resistente”.

Tabla #31 Resumen factores de seguridad de los perfiles de análisis. Fuente: los autores.

Tabla #32 Resultados de factores de seguridad perfil 2 Corregido. Fuente: Los autores.


Tabla # 34 (LEY #1096, 2000) Coeficientes de impermeabilidad. [Tabla]. Recuperado de

“Reglamento técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico

Tabla # 35 Resumen de velocidades calculadas y esperadas por caudal. Fuente: Los autores

Tabla # 36 Velocidades experimentales por caudal. Fuente: Los autores

Tabla # 37 Comparación velocidades esperadas con velocidades experimentadas por caudal.

Fuente: Los autores

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5. Lista de figuras

Figura #1 Mapa veredal municipio de Ibagué. Fuente: Secretaria De Planeación, Alcaldía De

Ibagué.

Figura # 2 Plan de ordenamiento territorial. Fuente: POT, 2014.

Figura #3 Delimitación barrio Florida. Fuente: Google.inc s.f.

Figura #4 Suárez. (2001) Factores que afectan la susceptibilidad a la erosión de los taludes y

laderas. [Diagrama]. Recuperado de “Control de erosión en zonas tropicales”.

Figura #5 Suárez. (2001) Diagrama general para el diseño de obras para el control de la erosión.

[Diagrama]. Recuperado de “Control de erosión en zonas tropicales”.

Figura #6 Ubicación satelital de la zona de estudio. Fuente: Mapa sistema nacional catastral del

IGAC.

Figura #7 Ubicación de Colombia en Suramérica. Fuente: Portal gobernación del Tolima.

Figura #8 Ubicación del Departamento del Tolima en Colombia. Fuente: Portal gobernación del

Tolima.

Figura #9 Ubicación del Municipio de Ibagué en Tolima y Colombia. Fuente: Alcaldía municipal

de Ibagué.

Figura #10 Localización de la zona de estudio en el plan de ordenamiento territorial. Fuente: Los

autores.

Figura #11 Parámetros de transformación entre el Datum BOGOTÁ y el Sistema MAGNA-

SIRGAS. Fuente: Instituto Geográfico Agustín Codazzi.

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Figura #12 Inicio del trabajo de campo topográfico. Fuente: Los autores.

Figura #13 Toma de deltas del trabajo de campo topográfico. Fuente: Los autores.

Figura # 14 Toma de nube de puntos topográficos sobre la zona de estudio. Fuente: Los autores.

Figura #15 Vista general de la caracterización topográfica: Curvas de nivel de la zona de estudio

con el nivel de detalle necesaria para intervenir. Fuente: Los autores.

Figura #16 Vista general de la caracterización topográfica: Perfil longitudinal y perfiles

transversales necesarios para cálculos de estabilidad y posteriores diseños. Fuente: Los autores.

Figura #17 Cercanía del talud de la micro cuenca Q. La Volcana-Ibagué y la estación

meteorológica “BATALLON ROOKE” ESRI (2011). Fuente: Los autores.

Figura #18 Características y ubicación de la estación meteorológica “BATALLON ROOKE” en

una imagen satelital de Google maps. Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios

Ambientales.

Figura #19 Variación anual de precipitaciones a partir de la correlación de estaciones Batallón

Rooke y Cajamarca.

Figura #20 Comportamiento de serie de lluvias 1970-2018 a partir de la correlación de estaciones

Batallón Rooke y Cajamarca. Fuente: Los autores.

Figura #21(Monsalve Sáenz, G. 1999. p87) Fórmulas para el cálculo de variables probabilísticas.

Figura #22 (Monsalve Sáenz, G. 1999. p88) Fórmulas para el cálculo de distribución e

intensidad.

Figura # 23 Curvas IDF (Intensidad, Duración y Frecuencia) Fuente: Los autores.

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Figura #24 Ubicación de la zona de estudio. Fuente: Los autores.

Figura #25 Vista en corte transversal de la toma de muestras para ensayo SPT. Fuente: INVIAS

2014.

Figura #26 esquema de ubicación de los sondeos realizados en campo. Fuente: Los autores.

Figura # 27 N SPT vs Profundidad sondeo 1. Fuente: Los autores.

Figura #28 N Acumulado vs Profundidad Sondeo 1. Fuente: Los autores


Figura #30 N Acumulado vs Profundidad Sondeo 2. Fuente: Los autores.

Figura #31 Correlaciones del ángulo de resistencia interna de las diferentes ecuaciones. Tomado

de: Gonzales 1999.

Figura #32 INV E (2012) Caja para el ensayo de corte directo. [Diagrama]. Recuperado de

“Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada (CD) INV E 154”.

Figura #33 (Das, 2014, p.230) Envolvente de falla de Mohr y criterio de rotura de Mohr-

Coulomb. [Diagrama]. Recuperado de “FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA”.

Figura #34 Esfuerzo cortante vs esfuerzo normal prueba 1 1408msnm. Fuente: Los autores.


Figura # 36 Esfuerzo cortante vs esfuerzo normal prueba 3 1371msnm. Fuente: Los autores.

Figura #37 Representación gráfica de granulometría muestra 1. Fuente: los autores.


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Figura #40 Modelo del Perfil 1 0m del talud en la micro cuenca Q. La Volcana en el modo

interprete de Slide (ROCSCIENCE.INC).









Figura # 45 Modelo del Perfil 6 50m del talud en la micro cuenca Q. La Volcana en el modo




Figura #47 Suarez,J.(1998) Estabilizacion por conformidad del talud y bermas. [Diagrama].

Recuperado de “Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales”.

Figura #48 Correccion modelo del Perfil 2 10m del talud en la micro cuenca Q. La Volcana en

el modo modelo de Slide (ROCSCIENCE.INC).


el modo interprete de Slide (ROCSCIENCE.INC).

15





Figura #52 Perfil típico para el cálculo de parámetros en el tiempo de concentración. Fuente: los

autores

Figura #53 esquema de dimensiones mínimas canal semicircular. Recuperado de Suarez Díaz,

2001.

Figura #54 Esquema de dimensiones mínimas canal rectangular. Recuperado de Suarez Díaz,

2001.

Figura #55 Diseño zanja de coronación, sección transversal. Fuente: Los autores.

Figura #56 Diseño zanja de coronación, vista en planta. Fuente: Los autores.

Figura #57 Suárez. (1998) Esquema de entrega de canales interceptores a mitad de talud.

[Diagrama]. Recuperado de “Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales”.

Figura #58 Disposición de las obras de control de aguas superficiales sobre el talud. Fuente: Los

autores

Figura #59 Disposición del canal colector rápido de entrega sobre el talud. Fuente: Los autores.

Figura #60 Detalles de la corona del canal colector rápido de entrega (Distancias en metros).


16

Figura #61 Detalles de la berma de media ladera del canal colector rápido de entrega (Distancias

en metros). Fuente: Los autores.

Figura #62 Dimensiones del dentellón típico y el disipador de energía. Fuente: Los autores.

Figura #63 Detalles de la entrega al cauce natural del canal colector rápido de entrega. Fuentes:

Los autores.

Figura # 64 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector en la corona del talud

(Distancias en metros). Fuente: Los autores.

Figura #65 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector en la berma de media ladera


Figura #65 Detalles de la entrega canal colector a la cuenta en el pie del talud (Distancia en

metros). Fuentes: Los autores.

Figura #66 Diseño zanja de coronación del modelo físico a escala reducida, sección transversal

(Distancia en centímetros). Fuente: Los autores.

Figura # 67 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector del modelo físico a escala

reducida en la corona del talud (Distancias en centímetros). Fuente: Los autores.

Figura #68 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector del modelo físico a escala

reducida en la berma de media ladera (Distancias en centímetros). Fuente: Los autores.

Figura #69 Detalles de la entrega canal colector a la cuenta del modelo físico a escala reducida

en el pie del talud (Distancia en centímetros). Fuentes: Los autores

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Figura #70 Detalles del modelo físico a escala reducida de la berma de media ladera del canal

colector rápido de entrega (Distancias en centímetros). Fuente: Los autores.

Figura #71 Diferentes zonas de análisis para el modelo físico a escala reducida. Fuente: los

autores.

Figura #72 Vista en perfil del modelo físico a escala reducida. Fuente: los autores.

6. Lista de anexos

Anexo #1 memorias de cálculo de Slide perfil 1.







Anexo #8 memorias de cálculo de Slide perfil 2 corregido.


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7. Resumen

Este trabajo está enfocado en analizar los factores hidráulicos e hidrológicos que influyen de

manera directa en la estabilidad del talud ubicado en la periferia de la planta de tratamiento

Acuaflorida ubicada en la vereda La Florida, al cual se le pretende realizar un análisis de

estabilidad por factores de vulnerabilidad hidráulica y así proponer el diseño de las obras de

infraestructura tanto geotécnicas como de control de aguas lluvias que mitiguen el riesgo por

movimientos en masa en el talud, esto requiere que el diseño de la estructura tenga en cuenta

factores topográficos, geológicos, ecosistémicos e hidrológicos, con el fin de proponer una

solución integral; El alcance de este proyecto contempla además la modelación física a escala

para revisar experimentalmente el comportamiento de las estructuras diseñadas y su eventual

comportamiento hidrológico y geotécnico.

El presente documento contiene material investigativo de diversas disciplinas de ingeniería, que

en conjunto brindan las herramientas técnicas y teóricas que contribuyen tanto a la identificación

de condiciones iniciales y elaboración del diagnóstico, como al desarrollo de la solución del

problema, por tal motivo y para una mejor interpretación a lo largo del texto se encontraran los

fundamentos teóricos en conjunto al desarrollo de cada tema de ingeniería.

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8. Introducción

En el municipio de Ibagué, Tolima en el sector comprendido por los barrios la florida parte alta y

baja, ubicados al suroccidente de la ciudad, se presenta una problemática que afecta en gran

medida el bienestar de los habitantes del sector, se trata de los constantes deslizamientos que se

presentan a causa de diferentes factores dentro de los que se encuentran fenómenos climáticos

que causan erosión en las altas pendientes que se encuentran en la zona montañosa.

En el presente documento se presenta la metodología con la cual se aborda la problemática,

mostrando de manera detallada las condiciones iniciales y los factores que generan el problema,

el desarrollo de las actividades realizadas en el lugar de estudio para determinar las

características de la zona de estudio, la manera en que se ve afectada la comunidad de la zona y

el procedimiento para seleccionar las alternativas de solución más convenientes, para

posteriormente proceder a la verificación mediante a modelación a escala con la finalidad de

evaluar cada una de las alternativas propuestas.

En la actualidad la modelación ocupa un lugar sumamente importante en el orden de prioridades

a la hora de hacer el diseño de cualquier tipo de infraestructura, en especial si es de gran

magnitud o representa una inversión significativa. Especialmente la modelación física es una

gran herramienta si se quiere simular un fenómeno o verificar las diferentes condiciones de

funcionamiento de una estructura de manera práctica. Haciendo uso de escalas de reducción es

posible realizar un modelo de tamaño manejable en los casos en que la estructura diseñada sea

demasiado grande para realizar un modelo a escala real.

Algunas de las ventajas que tiene realizar la modelación física son entre otras la posibilidad de

identificar errores en el modelo y solucionarlos antes de la construcción de la estructura,

20

reduciendo los costos que tendría la solución de errores en la obra ya construida, también es

posible evaluar el comportamiento de la estructura representando diferentes condiciones de

operación, teniendo total control de las situaciones a representar por parte del evaluador.

9. Definición del proyecto

9.1 Titulo



VOLCANA-IBAGUÉ

9.2 Área de ingeniería

El tema se ubica en diferentes áreas de la ingeniería que llegan a trabajar de manera conjunta:

Ingeniería hidráulica e Ingeniería geotécnica

9.3 Descripción del problema

En la ciudad de Ibagué, existen aproximadamente 30 acueductos comunitarios en diferentes

zonas de la ciudad y en los que el IBAL no tiene injerencia, ni control, (Redacción El Nuevo

Día, 2017) uno de estos acueductos comunitarios es Acuaflorida, cuya captación se encuentra

ubicada en la quebrada La Volcana zona montañosa del barrio la Florida; este acueducto presenta

serios problemas a causa de deslizamientos en las épocas invernales en el talud (que se encuentra

a unos 40 metros de los tanques desarenadores) que frecuentemente destruyen el camino que

presta comunicación a las fincas de la zona , además de entorpecer el proceso de la planta de

tratamiento del sector dejando sus usuarios sin agua durante largos periodos de tiempo como

constantemente lo indica el IBAL en sus publicaciones “Se registró un deslizamiento de la

quebrada La Volcana, muy cerca de la bocatoma y en la línea de conducción. Nuestro personal

21

técnico apoyó la emergencia para hacer un cambio de tubería y que finalmente se pudiera

suministrar agua a la comunidad.” (IBAL, 2018)

Estos deslizamientos afectan las estructuras del sistema de potabilización de ACUAFLORIDA,

debido que bloquean gran parte de los tanques de almacenamiento del sistema haciendo

inminente la suspensión de servicio de agua para los casi 700 usuarios de este acueducto

conformados por los habitantes del sector de la florida parte alta y parte baja. (Equipo Ecos del

Combeima, 2018), esto se evidencia en los continuos reportes trasmitidos por la prensa local “el

pasado 1 de enero del 2018 se presentaron deslizamientos en esta zona a causa de las lluvias

ocurridas el día anterior, donde quedó bloqueada la bocatoma”. (Redacción IBAL, 2018).

9.4 Formulación del problema

Un problema de ingeniería surge cuando existe el deseo de transformar un estado de condiciones

en otro (Krick, 1973 p.23)

¿Cómo evitar los deslizamientos del talud de la micro cuenca Q. la Volcana-Ibagué causado por

las aguas lluvias?

9.5 Justificación

Habitantes, propietarios de predios y quienes tienen el barrio florida parte alta como única vía de

acceso a veredas aledañas, buscan una solución que permita como primera medida tener acceso a

agua potable de manera continua, servicio que en temporada de lluvias se ve interrumpido a

causa de deslizamientos que obstruyen gran parte de la bocatoma de la planta de tratamiento

Acuaflorida. Como segunda medida se busca mejorar el acceso a las veredas próximas al lugar

de los deslizamientos.

22

Por lo cual es necesario la oportuna intervención dada la situación ya expuesta que afecta gran

cantidad de familias.

El plan de acción es acabar con los dos problemas a la vez, controlando los taludes que se ven

afectados en las épocas invernales a causa de las aguas lluvias para evitar su deslizamiento y

dejando un paso libre y seguro a las personas que viven en el sector; en este punto, se empleara

un modelo físico con el fin de recrear las condiciones de la zona para un mayor entendimiento

del escenario, entendiendo que la modelación física es una gran herramienta en la toma de

decisiones.

Parte de los beneficios que pretende dar este proyecto es brindar un control de los movimientos

de remoción de masas causados por las aguas lluvias que se presentan cercanas a la planta de

tratamiento, de esta manera se asegura un flujo continuo del servicio para casi 700 usuarios,

además de ofrecer condiciones de seguridad a los usuarios de las fincas productoras de la zona

para que puedan llevar sus productos agrícolas a sus respectivos lugares de acopio.

Se espera que con esto el sector de la florida mejore sus condiciones de vida siendo más fácil el

desarrollo de actividades económicas y sociales para los habitantes de las fincas, y que los

usuarios suscritos a la planta de tratamiento podrán disfrutar de agua de manera continua,

mejorando las condiciones sanitarias del sector.

23

9.6 Objetivos

9.6.1 Objetivo General

Diseño y validación de diseños mediante modelación física a escala de estructuras hidráulicas

para el manejo de aguas lluvias en taludes, con el fin de mitigar el riesgo por deslizamiento en el

talud ubicado en la microcuenca quebrada La Volcana de la ciudad de Ibagué.

9.6.2 Objetivos Específicos

• Relacionar y analizar las condiciones físicas, geológicas e hidrológicas del área de

estudio.

• Diseñar una estructura hidráulica para el manejo de aguas lluvias en el talud con el fin de

reducir problemas asociados con deslizamientos en la periferia de la planta de tratamiento

Acuaflorida.

• Precisar las condiciones de escala para el diseño del modelo físico con las dimensiones

que representen su comportamiento y permitan su eventual construcción.

9.7 Alcance o delimitación

El estudio que se pretende realizar, en el ámbito geográfico será sobre la microcuenca Q. La

Volcana-Ibagué en el Tolima, el tiempo estimado para el desarrollo del proyecto: 16 semanas

descritas en el siguiente cronograma.

24

Actividades

Cronograma (Semanas)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Fase 1 Recolección y

análisis

x x x x

Fase 2 Búsqueda de

soluciones

x x x

Fase 3 Rediseño a

escala

x x x

Fase 4 Construcción

modelo

x x x

Fase 5 Aprobación x x

Fase 6 Conclusión x

Tabla #1 Cronograma de trabajo de grado. Fuente: Los autores.

Conceptualmente se pretende centrar más en el área de estructuras hidráulicas que hace parte de

la rama de Hidráulica de la ingeniería civil con algunos matices de la geotecnia, pero

esencialmente en las estructuras hidráulicas como solución al problema planteado.

La población afectada son los beneficiarios del servicio de acueducto (Habitantes del barrio

florida Sur, localizado en la comuna 13 de Ibagué (EXGEN S.A.S E.S.P, 2013, p. 11) y

habitantes del sector que tienen un paso regular cercano a el talud de la micro cuenca Q. La

Volcana seleccionado.

25

10. Marco referencial

10.1 Marco contextual

10.1.1 Descripción del lugar de estudio

Ibagué:

La ciudad de Ibagué es el centro urbano más poblado y capital del departamento del Tolima, se

encuentra localizada a una altitud promedio de 1285 metros sobre el nivel del mar y su

temperatura promedio es de 21°C. Tiene una superficie total de 1498 Km2 comprendidos por

área urbana ubicada en la zona plana conocida como la meseta de Ibagué y zona montañosa que

forma parte de la cordillera central. Sus fronteras son: Alvarado y Anzoátegui al norte, piedras y

Coello al oriente, san Luis y Rovira al sur y Cajamarca y los departamentos de Quindío y

Risaralda al occidente (Alcaldía De Ibagué, 2015).

El área municipal se encuentra regada por los ríos Alvarado, Cocora, Coello, Toche, Tochecito,

además de otras corrientes menores.

Ibagué se tiende desde las cumbres nevadas de la cordillera central hasta las vecindades

del río Magdalena, entre los accidentes geográficos se destacan los nevados del Quindío y

Tolima, los páramos de los Alpes y los Gómez, las cuchillas de Cataima, la Colorada, la

Lajita, las Palmas, Mirador y San Cenón, y los altos de Florida, la cruz, loma alta,

paramillo, pela huevos, sacrificio, alto de bella vista y San Juan de la Cruz. (Alcaldía De

Ibagué, 2015).

26

Figura #1 Mapa veredal municipio de Ibagué. Fuente: Secretaria de Planeación, Alcaldía de

Ibagué, 2016.

10.1.2 Población

Tomando como referencia los censos realizados por el Dane, desde el año 1951 hasta el año

2005 se observa que el crecimiento poblacional del municipio de Ibagué ha sido proporcional al

aumento de habitantes de la zona urbana con respecto a la zona rural, es decir que para el año

1951 por cada 1.23 habitantes del casco urbano del municipio había habitante en el sector rural,

mientras que el censo del año 2005 esta relación cambia a 16 habitantes del área urbana por cada

habitante del área rural.(Secretaria de planeación, 2014).

27

Tabla #2 Censos de población: 1951, 1964, 1973, 1985 1993 y 2005. Fuente: DANE.

Proyección de población por comunas.

De las 468.647 personas registradas como habitantes del área urbana del municipio de Ibagué

para el año 2005, se tiene una proyección para cada una de las 13 comunas de las que está

compuesta la zona urbana para el año 2014 realizado por el Programa de las naciones unidas para

el desarrollo PNUD, las cuales presentan densidades poblacionales que van desde 5.563

habitantes/ Km2 en la comuna 13, hasta 20.445 habitantes/ Km2 en la comuna 4

Figura #2 Plan de ordenamiento territorial. Fuente: POT, 2014.

28

10.1.3 Aspecto económico

Industria: La ciudad de Ibagué cuenta con tres zonas industriales en zonas tanto interurbanas

como en la periferia, la zona industrial el papayo, zona industrial buenos aires y zona industrial

chapetón son los centros que agrupan grandes plantas industriales de nacionales e

internacionales. Dentro de estas industrias se encuentran plantas dotadas con maquinaria y

equipamiento de última tecnología, pertenecientes a empresas tan representativas y prestigiosas

como lo son:

Coca-Cola, Gulf Oil Corporation, Nacional de chocolates, Bavaria, Postobón, Noel, Colombina,

Alpina, La Fábrica De Licores Del Tolima, Arroz roa, La Casa De La Moneda, que entre otras

cosas es el único lugar donde se fabrica toda la moneda del país, también se destacan a nivel

nacional las industrias textiles que hacen de Ibagué un epicentro de la moda y la confección en

Colombia. (El Tiempo, 2012).

De igual manera se encuentran empresas que representan la ciudad de Ibagué a nivel

internacional como lo es industrias aliadas, que produce anualmente más de 5000 toneladas de

café instantáneo.

Además de las grandes industrias la región cuenta con industrias de menor envergadura, pero

igualmente importantes para el desarrollo industrial del municipio, dichas industrias están

compuestas por el sector lechero, las industrias arroceras, mineras y de calzado.

Comercio

Una de las principales actividades económicas de la ciudad de Ibagué es el comercio, donde

podemos encontrar gran variedad de establecimientos conocidos nacional e internacionalmente

como grandes distribuidores de bienes, entre los que encontramos almacenes de cadena como:

29

Homecenter, Almacenes Éxito, Makro, Metro, Olímpica, Panamericana, Flamingo, Surtiplaza,

Mercacentro, Falabella, entre otros.

Además de almacenes y supermercados encontramos centros comerciales con amplias y

modernas instalaciones donde se ofrecen las principales marcas que ofrecen sus productos en

nuestro país. Dentro de los principales centros comerciales de la ciudad encontramos:

Centro comercial Multicentro, La Estación centro comercial, Acqua power center, este último

como sede del world trade center Ibagué. (Portafolio, 2013)

En los últimos años la ciudad de Ibagué ha mostrado un fuerte crecimiento económico y

comercial, por lo cual gran cantidad de inversionistas ven a Ibagué como un escenario con

amplio potencial para desarrollar sus negocios. (El nuevo día, 2013).

Otro punto importante para el comercio de la ciudad está ubicado en el centro de la ciudad o

distrito financiero, donde se encuentran gran cantidad de locales comerciales que aprovechan el

corredor comercial de la carrera 3 donde hacen presencia gran variedad de productos y servicios

con importantes establecimientos ubicados en el sector.

10.1.4 Ubicación Del Acueducto Florida Sur Comuna 13

EN 1989 el Concejo de Ibagué determinó la división territorial urbana y administrativa

del casco urbano en 13 comunas Mediante acuerdo No 044.

Por los años 60 se formaron los primeros barrios como San Isidro, Boquerón, La Unión,

Jazmín y La Florida.

30

La mayoría de los barrios se construyeron sin una adecuada planeación, por lo que aún

hay deficiencia de servicios públicos, especialmente acueducto y alcantarillado. Existen

17 acueductos comunitarios, que aprovechan la riqueza hídrica del sector. (EXGEN

S.A.S. E.S.P, 2013, p.6)

Figura #3 Delimitación barrio Florida. Fuente: Google.inc, 2018.

31

10.2 Marco teórico

Los deslizamientos ocurren cuando la fuerza resistente de la pendiente es en algún lugar

superado por las tensiones dentro de ella. En su mayoría los deslizamientos están asociados a las

fuertes lluvias y es debido a la erosión y remoción de las capas delgadas de suelo que estas

causan por el impacto de las gotas de agua sobre una superficie desprotegida, una vez el agua

lluvia se convierta en escorrentía superficial se produce una erosión laminar que puede

evolucionar en surcos o incluso a cárcavas, para evitar el afloramiento de estos problemas se

utilizan diversas estructuras hidráulicas para el control del desprendimiento a causa de las

fuerzas tractivas del agua, en las zonas húmedas tropicales se reduce gran parte de los

deslizamientos que ocurren en eventos de precipitación gracias a cobertura vegetal especialmente

los pastos revelando la biotecnología como una opción viable para el buen manejo de las cuencas

(Blyth y Freitas, 1984, p.227).

Si se conoce con exactitud el comportamiento hidrogeológico de un sitio o área de interés es

posible anunciar la llegada de un próximo evento de remoción en masa como deslizamientos,

flujos y caídas; y más importante a esto, es posible adelantarse al suceso y tomar las medidas

necesarias para evitar un evento catastrófico. Esto puede ser por medio de un plan de manejo de

riesgo o si las condiciones lo permiten por medio de una estructura hidráulica que pueda mitigar

todo riesgo (FOPAE, 2006).

No obstante, la modelación hidrogeológica es un proceso complejo, y no muchas veces es

posible prever las posibles condiciones que lleven a un acontecimiento adverso, para ello es

necesario un gran estudio de la zona con instrumentos altamente calificados que den información

32

precisa y útil relevante para una buena toma de decisiones y así mismo un buen manejo de estos

deslizamientos (Vergara, 1995).

También se llegan a presentar casos donde los deslizamientos son constantes y causan daños de

manera usual en sitios importantes para la infraestructura social, en estos casos es recomendable

una intervención inmediata, se debe entender el fenómeno y los mecanismos de respuestas más

óptimos para el posible escenario.

Las lluvias en el sistema climático tropical dependen en buena parte de la zona de

convergencia intertropical y generalmente los eventos de deslizamientos catastróficos

están relacionados con variaciones de la zona de convergencia los cuales ocasionan

lluvias extraordinarias, las cuales a su vez actúan como activadoras de deslizamientos de

tierra. Son los eventos lluviosos extremos los que más efecto tienen sobre la ocurrencia

de deslizamientos de tierra. (Suarez, 2017, p.1)

La mejor forma de frenar los deslizamientos de tierra causados por las fuertes lluvias en las

zonas húmedas tropicales es controlar su erosión.

10.2.1 La erosión

La erosión del suelo es un proceso natural mediante el cual las partículas del suelo son

desplazadas por la lluvia y arrastradas por escapada. Este se acelera cuando la tierra ha sido

perturbada al eliminar el vegetativo u otra cubierta protectora natural del suelo. La tasa de

eliminación de las partículas del suelo es proporcional a la intensidad y duración de la lluvia, el

volumen y las características del flujo de agua, y las características del terreno y el suelo

propiedades. AASHTO (2007).

33

La erosión es el desgaste que se produce en la superficie de un cuerpo como consecuencia de la

acción de las fuerzas externas de rozamiento, la fuerza tractiva del agua y del viento en

movimiento son las principales fuerzas que generan desprendimiento superficial, la erosión

puede ser consecuencia de actividades humanas; la gravedad junto a la masa de las partículas es

la principal fuerza que produce la erosión en masa proceso de erosión que generan otros procesos

de erosión a su paso. (RAE, 2014).

La susceptibilidad a la erosión está ligada a varios elementos como: el clima, las características

del suelo, la morfología del terreno, la cobertura del suelo, y la intervención antrópica.

La erosión es un proceso vital para el ciclo de las rocas sedimentarias, la erosión comprende el

desprendimiento, luego los materiales erosionados se transportan generalmente por acción de la

fuerza de un fluido en movimiento y posteriormente se depositan en el suelo o roca proceso

conocido como sedimentación (Blyth y Freitas, 1984, p.111).

La principal causa de los problemas por deslizamientos en taludes está asociados a las fuertes

lluvias, escorrentía superficial y aguas subterráneas, por lo tanto, el manejo de las aguas es muy

trascendente; también existen diferentes tipos de erosión y es difícil atribuir un solo proceso de

erosión a un desprendimiento porque entre ellos están ligados y siempre se presentan varios a la

vez como explica el autor colombiano:

En el caso de la erosión producida por el agua, el proceso puede ser analizado iniciando

por el desprendimiento de las partículas de suelo, debido al impacto de las gotas de lluvia

y al mismo tiempo ocurre el proceso de flujo superficial o escorrentía, la cual hace que

las partículas removidas sean incorporadas a la corriente y transportadas talud abajo.

Adicionalmente, las corrientes generan procesos de desprendimiento de partículas por

34

acción de la fuerza del agua en movimiento. Los procesos son muy complejos y es común

que varios procesos actúen conjuntamente. (Suarez Diaz, 2001).

Entre los procesos más comunes de erosión según Suarez Díaz (2001) podemos encontrar los

siguientes:

1. Erosión por el viento

El movimiento del viento ejerce fuerzas de fricción y desprende las partículas del suelo (Suarez

Diaz, 2001).

2. Erosión por gotas de lluvia

Las gotas de agua impactan el suelo carente de vegetación pueden soltar y mover las partículas

(Suarez Diaz, 2001).

3. Erosión laminar

La escorrentía superficial produce perdida de las capas más superficiales de suelo, es un sistema

de erosión por capas uniformes. (Suarez Diaz, 2001).

4. Erosión en surcos

El flujo en pequeños canales hace que estos se tornen cada vez más profundos formando una

serie de surcos generalmente semiparalelos. (Suarez Diaz, 2001).

5. Erosión por afloramiento de agua

El agua subterránea emerge a la superficie y separa las partículas de suelos formando hoyos o

cavernas. (Suarez Diaz, 2001).

6. Erosión interna

35

Flujos de agua subterránea transportan partículas que rozan los conductos formando cavernas

internas dentro de la tierra. (Suarez Diaz, 2001).

7. Erosión en cárcavas

Los surcos pueden profundizarse creando largos y hondos canales llamados cárcavas. (Suarez

Diaz, 2001).

8. Erosión en cauces de agua

El rozamiento del agua en las corrientes y ríos causa ampliación en los cauces tanto lateral como

profundización. (Suarez Diaz, 2001).

9. Erosión por oleaje

Las fuerzas tractivas de las olas al ascender y descender por una superficie causan el

desprendimiento de fragmentos incluso en rocas. (Suarez Diaz, 2001).

10. Erosión en masa

Son movimientos de masas significativos de suelo conocido con el nombre genérico de

deslizamientos en taludes y laderas los más típicos son:

• Reptación

• Flujos de tierra

• Avalanchas (Suarez Diaz, 2001).

11. Erosión antrópica

Es la erosión causada por actividades humanas Suarez Díaz (2001).

36

El reconocido autor colombiano Jaime Suarez Díaz con experiencia de 45 en estudios

geotécnicos también resume los factores que afectan la susceptibilidad a la erosión de taludes y

laderas como:

Figura #4 Suárez. (2001) Factores que afectan la susceptibilidad a la erosión de los taludes y

laderas. [Diagrama]. Recuperado de “Control de erosión en zonas tropicales”.

Los problemas de erosión son acontecimientos complicados que pueden llegar a confundir a los

diseñadores y llevarlos a tomar soluciones equivocadas así que es importante llevar un paso a

paso para la planeación y diseño de obras de control de erosión.

37

10.2.2 Metodología para la planeación y diseño de obras de control de erosión

Antes de realizar cualquier diseño de control de erosión los diseñadores deben entender el

dinamismo y complejidad que estos problemas representan, son fenómenos complejos que deben

analizarse a detalle y obtener suficiente información útil y relevante para realizar un correcto

proyecto, para evitar la presión de tomar decisiones prematuras los involucrados deben tratar con

lógica y si es posible realizar un modelo físico a escala como herramienta en el proceso de toma

de decisiones. (Quintero, J y Morcote C, 2012).

Un análisis sistemático puede ser el soporte necesario para identificar tanto los problemas como

sus posibles alternativas de solución.

10.2.3 Alternativas de manejo o estabilización

Según su enfoque se pueden tratar los problemas asociados a la erosión:

Manejo de áreas en la cuenca

Siendo más específicos el buen uso de las áreas de suelo dentro de la cuenca, para garantizar que

las corrientes de agua y sedimentos no sean causantes de desestabilidad se requiere de un control

efectivo y un buen manejo del uso del suelo, el buen manejo de la cuenca depende de las

características de esta tales como topografía, tipo de suelo, vegetación, geología, sistema de

lluvias etc. (Quintero, J y Morcote C, 2012).

Un buen manejo de las áreas de la cuenca puede consistir en tratamientos reforestación,

construcción de barreras de bosque, planeación en agricultura, aumento en los pastos e

intervención con canales entre otros, un control efectivo de la cuenca permite reducir las

velocidades máximas y la fuerza tractiva de la corriente, así mismo el suministro de sedimentos.

38

El autor colombiano nos indica un claro ejemplo de esto “una cárcava de erosión puede

controlarse reforestando las áreas arriba de la cabeza de la cárcava, disminuyendo en esta forma

los caudales de los picos que pueden estar produciendo el carcavamiento.” (Suarez Díaz, 2001,

p.79). Este es un hecho que se puede extrapolar a diferentes factores de erosión y a diferentes

alternativas de solución.

Control de aguas

El agua es la principal fuente de erosión y el controlarla representa una significativa reducción en

el arrastre de partículas de suelo, el uso correcto de sistemas de control permite un buen manejo

de aguas e incluso se podrían utilizar de una manera productiva para riego de cultivos o

represándola para cumplir otros objetivos, el control de aguas puede consistir en represas,

canales y vertederos entre otros. (Quintero, J y Morcote C, 2012).

Estabilización

Son obras de protección para reducir o incluso evitar la erosión en sitios determinados, la

estabilización de la superficie de una ladera o talud es de los métodos más usados en el mundo

para el manejo del desprendimiento de partículas de la misma manera es muy útil para fondo de

cárcavas, ampliaciones laterales y orillas de una corriente. (Castaño, de Jesús, 2005).

Reubicación de obras

39

Para algunos casos específicos se puede evitar obras muy costosas de estabilización y al mismo

tiempo resolver el problema de erosión relocalizando la estructura amenazada, no es algo común,

y debe tenerse información detallada y útil antes de tomar la decisión ya que la mayoría de las

veces lo más viable será hacer lo contrario (controlar el problema de erosión para salvaguardar la

estructura amenazada). (Quintero, J y Morcote C, 2012).

Regulación del uso

Las nuevas directrices del crecimiento del uso que se presentan de manera progresiva, llevan a

aumentar el riesgo de erosión y degradación el autor colombiano indica

La regulación del uso de la corriente o de la cuenca es una herramienta muy útil, por

ejemplo, el manejo adecuado de la navegación o la pesca. La regulación del tamaño y

velocidad de los botes puede traer beneficios importantes sobre el río. La regulación de

descargas industriales, vertimientos de lavado de tanques, etc., permite la regulación de

los caudales y permite el control de la contaminación. (Suarez Díaz, 2001, p.79).

Buenas prácticas y una buena planeación pueden evitar los problemas causados por la erosión

mucho antes de que se presenten, pero cuando estas se presentan es necesario conocer los

factores que se involucran y sus alternativas de solución, Suarez Díaz (2001, p.80) define para

cada elemento erosiónate su forma de erosión, mecanismo de erosión y obras de estabilización

como:

40

10.2.4 Formas, mecanismos de erosión y obras de estabilización

Gotas de lluvia

En forma semilaminar sus mecanismos de erosión son: Golpeo, desprendimiento y

esparcimiento; las obras de estabilización para su control comúnmente usadas son:

Cobertura vegetal de altura media y baja, revestimientos tratamiento químico,

impermeabilización (Toy, Terrence J, et al 2002).

Escorrentía

En forma semilaminar difusa sus mecanismos de erosión son: Transporte de suelos

desprendidos por la lluvia y arrastre de materiales sueltos; las obras de estabilización para

su control comúnmente usadas son: Cobertura vegetal, canales, recubrimiento con suelos

resistentes. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

En forma de surcos sus mecanismos de erosión son: Desprendimiento y transporte a lo

largo de canales intermitentes con avance hacia arriba; las obras de estabilización para su

control comúnmente usadas son: Recubrimientos diversos, cobertura vegetal, barreras,

canaletas. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

En forma de cárcavas sus mecanismos de erosión son: Desprendimiento, turbulencia en

canales intermitentes con avance hacia arriba; las obras de estabilización para su control

comúnmente usadas son: Recubrimientos diversos, trinchos, muros, barreras, canaletas,

lavaderos, bioingeniería y biotecnología. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

41

Agua quieta o en movimiento

En forma de disolución su mecanismo de erosión es: Los componentes químicos solubles

en agua son disueltos por el agua; la obra de estabilización para su control comúnmente

usada es: Impermeabilización. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

En forma de dispersión su mecanismo de erosión es: Desmoronamiento o separación de

las partículas al saturarse; las obras de estabilización para su control comúnmente usadas

son: Impermeabilización, geotextiles, recubrimientos. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan,

2010).

Flujo tangencial

En forma de profundización y/o ampliación del cauce su mecanismo de erosión es:

Corrosión en el perímetro mojado del cauce; las obras de estabilización para su control

comúnmente usadas son: Recubrimientos, muros, enrocados, espigones, retardadores,

biotecnología. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

Flujo curvilíneo

En forma de avance lateral de la ribera sus mecanismos de erosión son: Erosión por

velocidad del agua y aportes por falla lateral de riberas verticales; las obras de

estabilización para su control comúnmente usadas son: Recubrimientos, muros,

enrocados, espigones, retardadores, biotecnología. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan,

2010).

Flujo alrededor de obstáculos

42

En forma de erosión localizada por turbulencias sus mecanismos de erosión son:

Socavación alrededor del obstáculo, pila de puente, etc. por cambio de dirección del

flujo; las obras de estabilización para su control comúnmente usadas son: Recubrimiento

del fondo, hexápodos, enrocados. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

Construcción de represas

En forma de profundización por eliminación de sedimentos su mecanismo de erosión es:

Al no aparecer sedimentos para reposición de erosión el cauce se profundiza; las obras de

estabilización para su control comúnmente usadas son: Recubrimiento estructuras del

fondo del cauce, biotecnología. (Sanz, M.E., Avendaño, C. y Cobo, R, 1999).

Cambios artificiales del cauce

En forma de profundización y/o sedimentación sus mecanismos de erosión son: Todo

cambio en el régimen del río produce erosión y la socavación; las obras de estabilización

para su control comúnmente usadas son: Recubrimientos, estructuras de fondo,

biotecnología. (Leopold, L.B., Wolman, M.G., y Miller, J.P, 1964).

Afloramiento de agua

En forma cárcavas en taludes su mecanismo de erosión es: El gradiente hidráulico del

afloramiento desprende el suelo en cáscaras o flujo; las obras de estabilización para su

control comúnmente usadas son: Drenes de pantalla, subdrenes de penetración,

biotecnología. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

43

Movimientos de aguas subterráneas

En forma de erosión interna sus mecanismos de erosión son: Desprendimiento y

transporte interno de suelo por velocidades altas del agua subterránea; las obras de

estabilización para su control comúnmente usadas son: Impermeabilización, barreras

enterradas, subdrenes. (Blanco, Humberto & Lal, Rattan, 2010).

En forma de tubificación a lo largo de los contactos sus mecanismos de erosión son:

Gradientes hidráulicos superiores a la capacidad de tracción del suelo; las obras de

estabilización para su control comúnmente usadas son: Barreras enterradas, geotextiles,

subdrenes de penetración. (Suarez Diaz, 2001).

Oleaje

En forma de erosión y movimiento litoral en playas sus mecanismos de erosión son:

Erosión y transporte de sedimentos hacia arriba, abajo y lateralmente en la orilla del mar;

las obras de estabilización para su control comúnmente usadas son: Espigones,

rompeolas, muros. (Stephenson, W, 2013).

En forma de cavernas en taludes de presas sus mecanismos de erosión son:

Desprendimientos y descascaramiento por la acción de olas repetidas; las obras de

estabilización para su control comúnmente usadas son: Enrocados, recubrimientos,

rompeolas. (Stephenson, W, 2013).

44

Gravedad y presión de poros

En forma de deslizamientos sus mecanismos de erosión son: Disminución de la

resistencia al corte y falla por movimientos en masa; las obras de estabilización para su

control comúnmente usadas son: Muros, pantallas ancladas, subdrenes, abatimientos,

bermas, bioingeniería, biotecnología. (Suarez Diaz, 2001).

En forma de flujos de suelo o roca/erosión en masa sus mecanismos de erosión son: Los

materiales se comportan como un fluido viscoso y fluyen talud abajo; las obras de

estabilización para su control comúnmente usadas son: Estructuras de fondo, muros,

recubrimientos, bioingeniería, biotecnología. (Suarez Díaz, 2001, p.80).

10.2.5 Factores legales ambientales y económicos

Se debe tener en cuenta la normativa legal y ambiental en el diseño de obras de control de

erosión también el impacto económico sobre comunidades y el impacto ambiental sobre la fauna

y la flora, incluso se debe tener en cuenta el impacto cultural que una obra de estabilización

representa; esto es importante para evitar fallas en el diseño que signifiquen inundaciones,

negligencias en la planeación, destrucción de la fauna y la flora, profanación de sitios sagrados y

una contraproducente desestabilización. (Chow, V. T., Maidment, D. R., Mays, L. W. 1988).

10.2.6 Selección de la técnica específica de estabilización

Muchos factores técnicos, ambientales y económicos intervienen en la efectividad del sistema de

estabilización o control de erosión. Es necesario ser creativo y tener cierta experiencia para usar

una alternativa de solución correcta pero que a su vez sea simple y efectiva, algunos elementos

que influyen en la selección del método de estabilización:

45

Durabilidad de la obra

Cada obra tiene su vida útil proyectada y debe tenerse en cuenta factores como el mantenimiento,

el clima, el desgaste de los elementos, y otras amenazas como el vandalismo, el robo, el paso de

los animales, la posibilidad de incendios o algún desastre natural entre otros. (Servicio Nacional

de Aprendizaje, 1991).

Alcance del flujo de agua

Es importante considerar los niveles de aguas máximas, medias y mínimas, las velocidades

máximas y mínimas del agua y la reacción las obras ante el agua. (Castaño, de Jesús 2005).

Impacto de la obra sobre los flujos de agua.

La alteración de las condiciones naturales puede generar cambios en la distribución de corrientes

de agua y estos flujos pueden causar erosión, daños a la vegetación a su paso o incluso

inundaciones. (Monsalve Sáenz, G, 2014).

Impacto de la obra sobre la erosión en otros sitios

Las obras laterales de protección pueden comportarse de manera contraproducente generando

erosiones localizadas al dirigir la corriente hacia la otra orilla. (Castaño, de Jesús, 2005).

Limitaciones

Limitaciones topográficas de suelo, de acceso, de clima, etc. (Los autores, 2019).

46

El reconocido autor colombiano Jaime Suarez Díaz con experiencia de 45 en estudios

geotécnicos resume método general para el diseño de obras de control de erosión como:

Figura #5 Suárez. (2001) Diagrama general para el diseño de obras para el control de la erosión.

[Diagrama]. Recuperado de “Control de erosión en zonas tropicales”.

47

10.2.7 Método general de diseño

Los métodos de diseño de obras de control de erosión se fundamentan en la comparación de las

fuerzas estabilizantes con las fuerzas desestabilizantes, es decir, confrontar la resistencia del

sistema a la erosión con las fuerzas tractivas que causan desprendimientos, para garantizar un

diseño seguro la resistencia de la estructura u obra de control de erosión debe ser mayor a los

esfuerzos producidos por el proceso de erosión. Esto puede tornarse en un proceso costoso

económicamente a veces no es posible diseñar una estructura capaz de asimilar cargas tan

extremas, hecho que se soluciona adoptando una probabilidad de ocurrencia de fenómenos

descomunales; para garantizar una vida útil de la obra de control de erosión el fenómeno extremo

debe tener un periodo de retorno muy superior a la vida útil de la obra. (Gerscovich, M.S, 2015).

En el método general se calcula un nivel máximo de carga, de ser sobrepasado este límite puede

resultar dañada la estructura o en falla, a ese nivel máximo de carga posible se le atribuye el

nombre de estado límite o esfuerzo máximo, también debido a la incertidumbre en el detalle de

las cargas y las resistencias debe adicionarse un factor de seguridad siempre mayor a 1; la

ocurrencia repetitiva de varios acontecimientos por debajo del estado límite produce fatiga,

fenómeno que puede contribuir a una falla estructural con el tiempo. (Gerscovich, M.S, 2015).

Se describe las etapas de diseño de una estructura para el control de erosión en un método

general como:

1. Recolección de información: hidrológica, hidráulica, geológica, geotécnica,

topográfica, ambiental, etc.

48

2. Análisis de los materiales o sistemas de protección disponibles.

3. Diseño preliminar de las obras con base en criterios heurísticos. Se deben analizar

varias alternativas.

4. Definición de la alternativa óptima mediante estudio de costo-beneficio.

5. Diseño detallado de las obras utilizando modelos matemáticos o físicos. (Suarez Díaz,

2001, p.82)

Principios generales

Para el diseño de las obras de control de erosión el experto en geotecnia Jaime Suarez Díaz

comenta que se debe tener especial cuidado en los siguientes campos:

• Geomorfología aplicada

• Hidráulica

• Cálculo de factores de seguridad

• Diseño específico

• Especificaciones de construcción (Suarez Díaz, 2001, p.82).

Referente a la geomorfología se debe establecer los límites del área de estudio, los depósitos de

agua, sabiendo el comportamiento de los canales, surcos y cárcavas y el avance de la erosión,

etc. (Gerscovich, M.S, 2015).

Referente a la hidráulica hay que determinar los caudales de las corrientes, la fuerza de

rozamiento, la velocidad del flujo y velocidad permisible, los cambios del nivel de agua, las

fuerzas del agua creadas por viento, la erosión y socavación, etc. (Scháfer, A, 1959).

49

Referente al cálculo de factores de seguridad en los deslizamientos se utiliza un criterio de factor

de seguridad. Según la experiencia del diseñador, los problemas constructivos y la validez de los

procedimientos, factor puede emplearse de manera cualitativa en el diseño de obras de

estabilización. (Ley #400, 1997).

Referente al diseño, se debe emplear métodos de diseño detallados acorde a criterios de

ingeniería y al ámbito de la obra. (Ley #400, 1997).

Referente a especificaciones de construcción los proveedores de materiales para la obra suelen

suministrar de especificaciones detalladas de construcción para la colocación de estos productos,

sin embargo, el sitio puede tener limitaciones por eso las especificaciones deben adecuarse

ligeramente al sitio sin perder su esencia. (Suarez Díaz, 2001, p.83).

Recomendación de marcas

El diseño ajustado a una marca con propietario no es una práctica ética de ingeniería; para

facilitar la utilización de productos aprovechables no se recomiendan específicamente marcas, se

debe realizar un análisis de ventajas técnicas y economía de las marcas utilizables del mercado.

(Suarez Díaz, 2001, p.83).

10.2.8 Manejo de la construcción

El diseñador debe mantener una comunicación constante con los constructores para guiarlos y

solucionar dificultades que puedan suceder durante la construcción de las obras; este debe

50

realizar visitas de vez en cuando para confirmar que la obra avanza de acuerdo al diseño. Estas

visitas también enseñan al diseñador las prácticas de construcción y permiten realizar mejoras en

un próximo diseño. (Vallejo García, 2007).

Para el manejo de la construcción Suarez Díaz (2001) plantea que en el diseño deben tenerse en

cuenta los siguientes factores:

• Acceso de equipos para construcción.

• Secuencia de construcción de las obras.

• Construcción de obras bajo el agua.

• Manejo de productos o procedimientos patentados.

• Preparación del sitio.

• Restauración del sitio después de construidas las obras.

Tanto el monitoreo y mantenimiento de las estructuras de control de erosión es esencial para

avalar una larga y eficiente vida útil de la obra. (Servicio Nacional de Aprendizaje, 1991).

Mantenimiento y monitoreo

El mantenimiento de una obra de control de erosión es mucho más importante que en cualquier

otro tipo de obras porque la falta de mantenimiento puede acarrear fallas críticas, y estas pueden

ser progresivas, difíciles y costosas de reparar. (Servicio Nacional de Aprendizaje, 1991).

51

El monitoreo permite descubrir si se requiere de un cambio, reparación o mantenimiento según

las condiciones topográficas, hidráulicas o ambientales que se encuentren y provee información

inicial para el diseño de reparaciones si se necesitan. (Servicio Nacional de Aprendizaje, 1991).

Para el monitoreo de la obra Suarez Díaz (2001) plantea que se debe incluir los siguientes

factores:

• Inspección del sitio en forma regular.

• Topografía del sitio a intervalos determinados de tiempo.

• Observaciones geomorfológicas.

• Recolección de nueva información hidrológica e hidráulica.

• Mediciones geotécnicas.

• Medición de aspectos ambientales.

El mantenimiento radica en la actualización o reparación de las obras para garantizar un

funcionamiento adecuado durante la vida útil de la estructura, se debe hacer de manera usual y

principalmente eventos críticos de lluvias o de temporadas secas. Según las particularidades de la

obra y a las amenazas a las que pueda estar expuesta se determina la frecuencia del monitoreo (a

criterio ingenieril). (Servicio Nacional de Aprendizaje, 1991).

11. Metodología

Con la intención de controlar las aguas lluvias y reducir problemas asociados con deslizamientos

en zonas inestables cercanas a la planta de tratamiento de agua potable Acuaflorida en la

52

microcuenca quebrada La Volcana se propone una metodología a seguir para el alcance de los

objetivos propuestos, teniendo en cuenta los conocimientos aceptados académicamente con la

situación actual y las condiciones de la microcuenca del sur Ibagué.

A continuación, el planteamiento de las actividades a desarrollar; posteriormente en el desarrollo

de la metodología se precisan los métodos de cálculo y análisis.

11.1 Recolección y análisis de información relevante al sitio de estudio.

Para el completo entendimiento de la zona afectada por inestabilidad cercana a la planta de

tratamiento es necesario conocer las características del terreno y en general de la zona de estudio;

en cuanto al terreno es importante conocer las amenazas naturales y amenaza por remoción en

masa, la geometría y relieve de los taludes, hidrología, geología y condiciones climáticas,

algunos de estos rasgos se encuentran en informes ya presentados por la alcaldía pero para otros

más específicos se requiere ciertos estudios en el sitio (como lo son los estudios topográficos,

que han venido cambiando con cada deslizamiento) con el fin de interpretarlos y ver de manera

clara todo el panorama de los problemas y sus posibles soluciones.

11.2 Diseño de alternativas de solución

Al tener la definición detallada del problema se propondrán estructuras hidráulicas necesarias

para la estabilización del talud y control de las aguas, posteriormente se evaluarán las diferentes

alternativas disponibles de manera crítica, resaltando las ventajas y desventajas para su posterior

comparación, para así diseñar las estructuras más convenientes para la solución del problema.

53

11.3 Rediseño de soluciones a escala

El diseño físico a escala reducida sirve para estudiar la solución planteada antes de iniciar la

construcción de las obras u objetos reales, entonces con base al diseño planteado en la fase 2 se

rediseñarán las estructuras hidráulicas aplicando respectivos factores de escala que permitan

estudiar su comportamiento aproximado a lo que sería en la vida real y permitan realizar cambios

(de ser necesario).

11.4 Desarrollo del modelo físico de las soluciones a escala

Una vez conseguido el diseño del modelo físico se pretende ejecutar su construcción siguiendo

los lineamientos mínimos establecidos en “Vergara Sánchez., (1995), Técnicas de Modelación en

Hidráulica, México: Alfaomega.” que permitan estudiar su comportamiento hidráulico y

asemejarlo a lo que pasaría en la vida real, cuando esté construido se pondrá a prueba y se

analizará e interpretará la información recolectada para corroborar la utilidad del diseño real.

11.5 Discusión

La discusión del fenómeno se realizará para validar la viabilidad de las estructuras hidráulicas

para su posible construcción en la vida real, los autores argumentarán en base a lo visto a lo largo

del desarrollo del trabajo y darán su opinión al lector.

54

12. Trabajo ingenieril

12.1 Recolección y análisis de información relevante al sitio de estudio

12.1.1 Ubicación topográfica

Levantamiento Topográfico Planimétrico Y Altimétrico

La zona de estudio que presenta irregularidades y desestabilización se encuentra en la Vereda

Florida Parte Alta del Municipio De Ibagué –Departamento del Tolima, con el fin de tener más

nivel de detalle en cálculos y justificaciones diseño de obras estabilizantes es necesario saber con

exactitud la geometría del terreno a intervenir.

Figura #6 Ubicación satelital de la zona de estudio. Fuente: Mapa sistema nacional catastral del

IGAC, 2018.

55

Georreferenciación

La zona de estudio se encuentra en américa del sur, específicamente ubicada en el país de

Colombia, en el Departamento de Tolima en el Municipio de Ibagué

Figura #7 Ubicación de Colombia en Suramérica. Fuente: Portal gobernación del Tolima, 2018.

Figura #8 Ubicación del Departamento del Tolima en Colombia. Fuente: Portal gobernación del

Tolima, 2018.

56

TOLIMA, establecido como Departamento en la Constitución de 1.886 y creado Jurídicamente

mediante la Ley 01 de 1.908 y el Decreto 519 de 1.910. Se localiza en el centro-occidente del

país entre las cordilleras Central y Oriental, limita al Norte con Caldas, al Oriente con

Cundinamarca y Huila, al Sur con Huila y al Occidente con Valle del Cauca, Quindío, Risaralda

y Caldas. (Gobernación del Tolima).

Figura #9 Ubicación del Municipio de Ibagué en Tolima y Colombia. Fuente: Alcaldía municipal

de Ibagué, 2018.

57

Ibagué, es una ciudad colombiana, ubicada en el centro-occidente del país, sobre la Cordillera

Central de los Andes entre el Cañón del Combeima y el Valle del Magdalena, en cercanías del

Nevado del Tolima. Es la capital del departamento de Tolima. Se encuentra a una altitud de 1285

msnm, tiene una temperatura promedio de 24 °C, su casco urbano se divide políticamente en 13

comunas y su zona rural en más de 17 corregimientos, 144 veredas y 14 inspecciones.

Altitud: 1.225 m.s.n.m. (Alcaldía municipal de Ibagué).

Ubicación: Área 1.439 Km2

Temperatura: 24°C

Población: 450.785 hab.

Gentilicio: ibaguereño(a)

Fundación: 14 de octubre de 1550

Erigido Municipio: 1606 (Alcaldía municipal de Ibagué).

58

Figura #10 Localización de la zona de estudio en el plan de ordenamiento territorial. Fuente: Los

autores.

Sistema de coordenadas empleado MAGNA-SIRGAS

El sistema de coordenadas MAGNA SIRGAS (Marco Geocéntrico Nacional de Referencia,

densificación del Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas) es usado por el Instituto

Geográfico Agustín Codazzi -IGAC-, entidad gubernamental encargada de los sistemas

geodésicos nacionales de referencia, para que sus usuarios sean partícipes del proceso de

apropiación, modernización y aprovechamiento de los avances científicos y técnicos

59

relacionados con la generación de datos espaciales de alta calidad. En consecuencia, el IGAC

promueve la adopción de MAGNA-SIRGAS como sistema de referencia oficial del país, en

reemplazo del Datum BOGOTÁ, definido en 1941.

Figura #11 Parámetros de transformación entre el Datum BOGOTÁ y el Sistema MAGNA-

SIRGAS. Fuente: Instituto Geográfico Agustín Codazzi.

60

MAGNA-SIRGAS garantiza la afinidad de las coordenadas colombianas con las técnicas

espaciales de posicionamiento, por ejemplo, los sistemas GNSS (Global Navigation Satellite

Systems), y con conjuntos internacionales de datos georreferenciados. (Instituto Geográfico

Agustín Codazzi -IGAC-).

Trabajo de campo georreferenciación

Se inició el levantamiento topográfico ubicando dos puntos llamados Delta 1 y Delta 2, dichos

puntos se les dieron coordenadas Norte, Este, Elevación, con el origen Magna Sirgas

Figura #12 Inicio del trabajo de campo topográfico. Fuente: Los autores.

Delta 1 Norte: 979567.0040 Este: 869848.0000 Elevación: 1379.0020m.s.n.m

61

Figura #13 Toma de deltas del trabajo de campo topográfico. Fuente: Los autores.


Partiendo del Delta 1 y Delta 2 con coordenadas ajustadas al origen Magna Sirgas se empezó el

levantamiento topográfico con estación total “TOPCON GPT 2005” armado en el Delta 1 y

visando al Delta 2, se utilizaron todos los accesorios que conforman el equipo topográfico,

trípode, bastones, prismas, plomada, cinta métrica.

Continuando con la poligonal topográfica, se dieron coordenadas al delta 3, delta 4, desde dichos

deltas se realizó la toma topográfica radiando desde cada delta una nube de puntos topográfica.


62

Figura # 14 Toma de nube de puntos topográficos sobre la zona de estudio. Fuente: Los autores.


Se realizó trabajo de cómputo para el proceso de cálculo, abscisado camino de herradura el cual

sirvió de eje de perfil longitudinal, cálculo de secciones transversales, cálculo del área a

intervenir con sus respectivas curvas de nivel, todo lo anterior se puede ver representado en los

planos topográficos planta – perfil – secciones. En los anexos de este trabajo, junto con la cartera

de campo topográficos de coordenadas y cartera de campo topográfico de datos crudos.

63

Figura #15 Vista general de la caracterización topográfica: Curvas de nivel de la zona de estudio

con el nivel de detalle necesaria para intervenir. Nota: Visitar planos anexos para apreciar la

información a detalle. Fuente: Los autores.

64

Así mismo:

Figura #16 Vista general de la caracterización topográfica: Perfil longitudinal y perfiles

transversales necesarios para cálculos de estabilidad y posteriores diseños. Nota: Visitar planos

anexos para apreciar la información a detalle. Fuente: Los autores.

65

12.1.2 Hidrología

Serie de lluvias

Debido a la cercanía con el talud de la micro cuenca Q. La Volcana-Ibagué, los siguientes

cálculos están basados en la información recolectada por la estación meteorológica

“BATALLON ROOKE”.

Figura #17 Cercanía del talud de la micro cuenca Q. La Volcana-Ibagué y la estación

meteorológica “BATALLON ROOKE” ESRI (2011). Fuente: Los autores.

Coordenadas zona de estudio (Punto A):

Este: 869848.0000 m

66

Norte: 979567.0040 m

Elevación: 1379.0020 msnm

Coordenadas estación Batallón Rooke (Punto B):

Este: 870023.138 m

Norte: 980635.251 m

Elevación: 1323 msnm

Usando un sistema de coordenadas donde el Este es X, el Norte es Y y la elevación es Z, el

vector distancia es:

𝐴𝐵⃑⃑⃑⃑ ⃑ = B-A =

(870023.138 ,980635.251 ,1323) m - (869848.0000, 979567.0040, 1379.0020) m

B-A= (870023.138-869848.0000, 980635.251-979567.0040, 1323-1379.0020) m

𝐴𝐵⃑⃑⃑⃑ ⃑ =(175.138, 1068.247, -56.002) m

La norma de este vector distancia en 3D representa la distancia real entre la estación

meteorológica “Batallon Rooke” y la zona de estudio.

‖𝐴𝐵⃑⃑⃑⃑ ⃑‖ = √175.1382 + 1068.2472 + (−56.002)22

‖𝐴𝐵⃑⃑⃑⃑ ⃑‖ = 1083.95627𝑚

‖𝐴𝐵⃑⃑⃑⃑ ⃑‖ = 1.08𝑘𝑚

67

Siendo así que las precipitaciones captadas por la estación Batallón Rooke son representativas

del sitio de estudio porque las otras estaciones están demasiado lejos y realizar el método de las

curvas isoyetas hará cambios en los datos que se consideran despreciables, del mismo modo dada

la cercanía de la estación a la cuenca se presenta que el uso del método de polígonos de Thiessen

dejara la totalidad del área de la cuenca sobre el mismo polígono, lo que indica trabajar con la

misma estación.

Realizada la recolección de datos se presenta un problema con la información hidrológica y

pluviométrica suministrada por el IDEAM, La fecha de inicio de la serie es relativamente reciente,

por tanto, no cuenta con la amplitud histórica adecuada para realizar una proyección precisa ya

que cuenta únicamente con 13 años de registros.

No obstante, como lo indica Gonzales y Ortegón, “Estos estimativos se complementan con los

registros de estaciones pluviométricas, aun cuando estos registros sean deficientes.” (Gonzales &

Ortegón, 2016).

Por este motivo se toma la decisión de usar otra estación de monitoreo cercana con suficiente

registro histórico con el fin de complementar los datos faltantes a partir de correlaciones, se usó la

estación “21215100” Cajamarca, y se utilizó el método de estimación para completar datos de

precipitación de la razón Q, Este método tiene una aplicación específica para estimar datos

faltantes en series con una serie conocida y una incompleta; El método orientado a pares de

estaciones, en donde A tiene los datos completos y B no, llevado a el caso de estudio, donde la

estación Cajamarca tiene los datos completos que permiten completar los datos insuficientes de la

estación Batallón Rooke (Alfaro y Pacheco, 2000).

68

El método consiste en calcular la razón Q entre la sumatoria de los datos que posean en común las

dos estaciones (la sumatoria de datos de la estación Batallón Rooke en el numerador y la sumatoria

de datos de la estación Cajamarca en el denominador), esta relación se supone constante para todos

los periodos de tiempo, luego se multiplica la relación Q por cada valor de precipitación máxima

mensual en un día de la serie de datos de la estación Cajamarca para obtener los datos faltantes en

cada año de la estación Batallón Rooke (Alfaro y Pacheco, 2000).

Manto legal sobre Información IDEAM

El uso de los datos suministrados por el IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y

Estudios Ambientales) es gratis y permiten su uso:

Las presentes condiciones generales vinculan a cualquier persona natural o jurídica que

haga uso, reúso y/o trasformación de los datos y la información publicados en este sitio

web.

Los datos y la información publicados en este sitio web son públicos y por esta razón se

permite su uso, rehúso y/o transformación siempre y cuando se haga la siguiente cita

textual: “Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales”.

Se podrá hacer uso, rehúso y/o transformación de los datos y la información publicados

en este sitio web, para hacer aplicaciones por parte de terceros y contenidos de su propia

creación. Las aplicaciones y contenidos tendrán la protección de los derechos de autor y

las condiciones de uso de su titular (IDEAM).

69

Figura #18 Características y ubicación de la estación meteorológica “BATALLON ROOKE” en

una imagen satelital de Google maps, 2018. Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y

Estudios Ambientales.

Del mismo modo se muestran las características de la estación Cajamarca.

Código: 21215100

Nombre: CAJAMARCA [21215100]

Categoría: Climática Ordinaria

Estado: Suspendida

Departamento: Tolima

Municipio: Cajamarca

Ubicación: (4.4415°, -75.42458333°)

Altitud; 1,920msnm

Fecha instalación: 1964-09-15

Fecha suspensión: 2018-06-20 11:06

Id: -36

70

Desde de la información registrada en la estación “21215180” ubicada el municipio de Ibagué-

Tolima específicamente en el Cantón Militar Cr. Jaime Rooke por el instituto de hidrología,

meteorología y estudios ambientales (IDEAM), correlacionada con la estación Cajamarca se

graficó las precipitaciones totales de los años 1970 al 2018, se obtuvo el comportamiento de las

precipitaciones en su respectivo año.

Como resultado de la correlación en Ibagué la estación meteorológica 21215180 muestra las

siguientes precipitaciones a lo largo de los años:

Figura #19 Variación anual de precipitaciones a partir de la correlación de estaciones Batallón

Rooke y Cajamarca. Fuente: Los autores.

Los picos sobre el mes de mayo muestran que es la temporada de más precipitaciones a lo largo

de los años, por otro lado febrero es el mes que presenta menos lluvias.

71

Figura #20 Comportamiento de serie de lluvias 1970-2018 a partir de la correlación de estaciones

Batallón Rooke y Cajamarca. Fuente: Los autores.

Precipitaciones y análisis estadísticos de datos hidrológicos

Usando métodos estadísticos aplicados a la hidrología sobre las precipitaciones obtenidas de la

estación meteorológica se resumen el número de datos a una menor cantidad y más relevantes

que caractericen y sirvan para un mejor análisis; a criterio de los diseñadores se ha escogido la

distribución Gumbel para cumplir lo que Monsalve Sáenz indica “En una serie de datos

estadísticos de una estación hidrológica de medidas, es indispensable resumir esta multitud de

cifras en elementos sintéticos que caractericen la estación desde el punto de vista considerado”

(Monsalve Sáenz, 1999, p.87). A continuación, se presentan una serie de datos a resumir,

resultado de los datos obtenidos de la estación “BATALLON ROOKE” que posteriormente

fueron completados con estimaciones por la estación “CAJAMARCA” del IDEAM.

72



AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

1970 18,9 17,6 5,0 30,3 37,6 23,1 27,8 35,1 25,1 27,1 25,9 23,8

1971 36,4 10,1 11,9 35,4 45,8 34,3 22,4 21,0 69,8 29,7 21,7 30,0

1972 20,3 9,9 14,9 36,3 12,6 52,9 33,5 24,9 29,6 43,5 16,0 21,5

1973 14,8 26,3 24,3 13,9 22,6 30,9 33,1 41,9 30,7 37,7 38,3 28,7

1974 15,8 34,1 11,7 29,2 23,8 31,1 26,5 15,4 25,4 29,1 30,4 40,8

1975 22,9 9,6 26,8 18,7 20,2 31,2 35,9 19,2 39,9 25,7 34,3 31,7

1976 28,2 18,2 15,9 17,6 29,1 50,5 37,5 2,3 20,5 25,8 33,7 15,0

1977 8,9 8,4 23,9 16,8 32,1 18,3 26,0 67,8 20,2 20,5 26,2 15,7

1978 22,8 13,8 9,6 23,2 38,9 26,4 21,3 54,5 16,6 47,1 39,8 14,8

1979 5,3 7,8 10,3 14,2 32,5 27,4 29,6 13,9 20,2 27,6 12,9 12,8

1980 29,4 9,8 11,8 12,6 47,4 39,5 48,0 22,6 22,7 16,0 25,0 17,7

1981 13,4 13,0 11,8 20,0 30,9 37,2 27,3 67,2 20,8 46,9 23,1 41,5

1982 28,2 34,1 13,5 32,2 31,9 39,4 27,9 64,5 20,9 27,1 9,3 25,9

1983 16,6 32,0 51,4 15,9 23,2 36,2 16,8 15,0 12,9 34,5 23,5 10,6

1984 18,2 22,6 18,2 19,0 23,9 40,7 38,3 30,7 30,8 33,0 25,8 25,2

1985 14,6 26,3 19,6 39,5 8,6 21,9 15,7 28,4 34,0 38,7 19,8 30,0

1986 16,7 15,5 25,1 17,7 25,8 35,4 20,0 11,8 67,9 35,0 50,7 13,6

1987 19,5 19,1 11,6 4,1 18,1 24,4 4,2 46,7 27,6 30,2 30,2 20,0

1988 21,5 7,4 18,7 44,6 39,2 45,2 37,0 24,9 22,2 16,4 29,4 18,7

1989 14,2 13,1 11,6 31,1 25,5 44,9 25,5 10,6 23,2 26,5 35,0 6,0

1990 10,1 5,5 17,3 23,6 72,4 24,0 32,2 34,9 16,4 14,1 33,0 23,3

1991 14,6 7,9 3,6 15,6 26,5 29,6 24,7 45,8 31,1 34,8 24,8 40,2

1992 19,4 15,4 35,1 20,3 32,0 14,9 28,5 32,0 13,4 29,3 32,0 25,6

1993 23,5 13,3 20,8 29,6 34,2 45,0 12,7 26,9 10,5 42,7 23,2 34,2

73



Para el cálculo de las distribuciones se tuvo en cuenta los diferentes métodos de probabilidad

acumuladas, además de las probabilidades de excedencia, a continuación algunas de las fórmulas

utilizadas:

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

1994 20,9 29,7 19,9 22,6 29,3 25,7 27,6 27,4 14,9 35,3 33,4 24,6

1995 8,5 4,3 8,3 31,2 29,9 30,1 111,7 44,2 10,1 41,4 18,5 21,6

1996 38,0 15,7 10,5 23,0 30,2 32,7 26,2 15,0 50,7 28,8 25,5 46,0

1997 29,6 13,7 43,7 18,7 23,1 31,8 73,9 0,7 3,2 19,7 19,7 33,2

1998 2,5 7,8 30,2 26,2 29,1 30,2 26,5 56,3 34,0 34,1 17,2 20,1

1999 39,6 25,8 24,2 35,2 34,5 20,9 23,7 20,0 22,2 39,9 27,2 27,3

2000 32,3 20,2 24,2 23,6 17,5 56,3 60,0 32,0 20,7 32,9 21,8 14,6

2001 13,9 17,6 25,0 36,1 27,5 46,4 13,6 55,4 19,6 33,2 13,1 15,7

2002 39,4 7,1 23,8 33,1 27,7 30,5 30,4 63,5 14,9 23,5 26,7 14,1

2003 8,0 1,8 10,6 20,5 46,6 75,5 19,4 20,1 18,2 23,1 35,0 21,5

2004 36,9 9,1 39,8 17,4 17,1 32,3 22,3 28,4 11,9 26,3 28,0 28,1

2005 12,1 11,8 26,0 31,1 26,2 29,7 56,0 16,1 51,3 20,1 21,8 39,4

2006 12,9 15,1 23,9 48,3 45,6 27,3 10,7 28,3 12,3 20,7 14,8 16,6

2007 14,0 5,2 23,9 29,2 49,6 27,7 31,0 26,1 33,2 35,1 33,0 25,2

2008 17,3 11,3 45,9 31,7 58,9 40,6 21,2 58,3 33,2 37,7 22,7 20,0

2009 15,9 13,2 32,4 13,0 70,7 20,0 9,5 22,9 24,3 19,4 24,6 12,7

2010 8,5 6,6 20,1 17,2 45,9 42,1 34,4 59,5 61,3 31,0 31,2 17,5

2011 27,7 14,5 32,6 40,7 41,3 35,7 20,3 19,7 47,3 34,7 37,3 11,8

2012 6,9 19,0 22,9 20,8 52,6 26,4 31,3 30,2 30,0 56,0 30,3 25,6

2013 13,6 14,4 18,2 45,2 56,9 21,1 1,0 8,6 12,2 29,2 22,2 9,7

2014 4,5 22,5 13,3 23,2 30,6 33,1 35,8 18,8 25,5 30,0 16,8 14,3

2015 8,8 2,5 28,0 54,7 30,9 38,4 33,8 7,5 39,1 22,3 15,7 9,6

2016 4,4 5,8 10,2 40,5 36,8 20,0 11,2 24,9 35,0 15,0 21,5 11,0

2017 8,1 8,3 8,7 32,2 59,5 40,7 13,3 16,5 14,1 48,0 20,1 18,8

2018 7,3 7,8 13,9 39,8 56,4 51,3 35,2 27,3 30,6 23,1 42,5 27,8

74

Figura #21 (Monsalve Sáenz, G. 1999. p87). Fórmulas para el cálculo de variables

probabilísticas.

75

Tabla #5 Meses con mayor precipitación en 24 horas anual. Fuente: Los autores.

xi (xi - x)^2

1 1970 MAYO * 37,6 248,726096

2 1971 SEPTI * 69,8 269,507987

3 1972 JUNIO * 52,9 0,24725469

4 1973 AGOST * 41,9 131,461921

5 1974 DICIE * 40,8 158,590723

6 1975 SEPTI * 39,9 182,678464

7 1976 JUNIO * 50,5 8,15073154

8 1977 AGOST * 67,8 206,396989

9 1978 AGOST * 54,5 1,30620455

10 1979 MAYO * 32,5 436,663315

11 1980 JULIO * 48,0 29,3511225

12 1981 AGOST * 67,2 191,932745

13 1982 AGOST * 64,5 122,904781

14 1983 MARZO * 51,4 4,14073059

15 1984 JUNIO * 40,7 161,183075

16 1985 ABRIL * 39,5 193,930545

17 1986 SEPTI * 67,9 209,352886

18 1987 AGOST * 46,7 44,1928826

19 1988 JUNIO * 45,2 67,0008413

20 1989 JUNIO * 44,9 72,1298676

21 1990 MAYO * 72,4 360,218286

22 1991 AGOST * 45,8 57,3102234

23 1992 MARZO * 35,1 336,127177

24 1993 JUNIO * 45,0 70,3991761

25 1994 OCTUB * 35,3 328,65172

26 1995 JULIO * 111,7 3403,88016

27 1996 SEPTI * 50,7 7,02213475

28 1997 JULIO * 73,9 420,949293

29 1998 AGOST * 56,3 8,32635261

30 1999 OCTUB * 39,9 182,678464

31 2000 JULIO * 60,0 43,2419003

32 2001 AGOST * 55,4 3,85322433

33 2002 AGOST * 63,5 101,226845

34 2003 JUNIO * 75,5 490,941025

35 2004 MARZO * 39,8 185,45996

36 2005 JULIO * 56,0 6,64616502

37 2006 (Abr) 48,3 25,9260979

38 2007 (May) 49,6 14,377502

39 2008 (May) 58,9 30,3406236

40 2009 (May) 70,7 299,574907

41 2010 (Sep) 61,3 62,5401388

42 2011 (Sep) 47,3 37,1096332

43 2012 (Oct) 56,0 6,80287596

44 2013 (May) 56,9 12,3076942

45 2014 (Jul) 35,8 309,470289

46 2015 (Abr) 54,7 1,71147186

47 2016 (Abr) 40,5 166,197673

48 2017 (May) 59,5 37,3105024

49 2018 (May) 56,4 9,04946183

49 Suma 2616,2 9759,50014

N° AñoMes Max

precip.

Precipitacion (mm)

76

Tabla #6 Calculo de las precipitaciones diarias máximas probables para distintas frecuencias


Figura #22 (Monsalve Sáenz, G. 1999. p88) Fórmulas para el cálculo de distribución e

intensidad.

Curvas IDF (Intensidad, Duración y Frecuencia)

Estas curvas permiten la estimación de tormentas de diseño que sirven en sitios donde se carece

de información de caudales, haciendo necesario aplicar modelos de lluvias-escorrentía para el

Años YT XT' (mm) F(xT) XT (mm)

2 0,36651292 51,0493905 0,5 57,6858113

5 1,49993999 63,6506078 0,8 71,9251868

10 2,25036733 71,9937101 0,9 81,3528924

25 3,19853426 82,535242 0,96 93,2648235

50 3,90193866 90,3555526 0,98 102,101774

100 4,60014923 98,1181192 0,99 110,873475

500 6,21360726 116,056226 0,998 131,143535

Correccion

intervalo

Periodo

Retorno

Variable

Reducida

Precip.

(mm)

Prob. De

ocurrencia

77

cálculo de caudales máximos, a continuaciones se mostrará una representación de los cálculos

realizados para obtener las curvas IDF y su respectiva representación.

La Curva Intensidad Duración Frecuencia, representa la intensidad (I) o magnitud de una

lluvia fuerte expresada en milímetros por hora, para una duración (D) determinada que

comúnmente puede ser 30, 60, 90, 120 o 360 minutos y que se estima tiene una

probabilidad de ocurrencia, o frecuencia (F) expresada en años, lo que también se conoce

como periodo de retorno. (IDEAM).

Tabla #7 Precipitación máxima por tiempo de duración, Fuente: Los autores.

2 Años 5 Años 10 Años 25 Años 50 Años 100 Años 500 Años

24 X24 57,6858113 71,9251868 81,3528924 93,2648235 102,101774 110,873475 131,143535

18 X18 = 91% 52,4940883 65,45192 74,0311321 84,8709893 92,9126147 100,894862 119,340617

12 X12 = 80% 46,148649 57,5401494 65,0823139 74,6118588 81,6814195 88,6987797 104,914828

8 X8 = 68% 39,2263517 48,909127 55,3199668 63,42008 69,4292066 75,3939628 89,1776037

6 X6 = 61% 35,1883449 43,874364 49,6252644 56,8915423 62,2820824 67,6328195 79,9975563

5 X5 = 57% 32,8809124 40,9973565 46,3711487 53,1609494 58,1980114 63,1978805 74,7518149

4 X4 = 52% 29,9966219 37,4010971 42,3035041 48,4977082 53,0929227 57,6542068 68,1946381

3 X3 = 46% 26,5354732 33,0855859 37,4223305 42,9018188 46,9668162 51,0017983 60,326026

2 X2 = 39% 22,4974664 28,0508229 31,727628 36,3732811 39,819692 43,2406551 51,1459786

1 X1 = 30% 17,3057434 21,577556 24,4058677 27,979447 30,6305323 33,2620424 39,3430605

Tiempo de

duracion Cociente

Precipitacion maxima (mm) por tiempos de duracion

78

Tabla # 8 Intensidad según el tiempo de retorno, Fuente: Los autores.

A continuación, se grafican la intensidad de la precipitación (de los diferentes periodos de

retorno) a lo largo del tiempo.

Figura # 23 Curvas IDF (Intensidad, Duración y Frecuencia) Fuente: Los autores.

Hr min 2 Años 5 Años 10 Años 25 Años 50 Años 100 Años 500 Años

24 1440 2,40357547 2,99688278 3,38970385 3,88603431 4,2542406 4,61972811 5,46431395

18 1080 2,91633824 3,63621778 4,11284067 4,71505496 5,16181193 5,60527011 6,63003426

12 720 3,84572075 4,79501245 5,42352616 6,2176549 6,80678496 7,39156498 8,74290233

8 480 4,90329396 6,11364088 6,91499586 7,92750999 8,67865082 9,42424535 11,1472005

6 360 5,86472415 7,31239399 8,2708774 9,48192372 10,3803471 11,2721366 13,332926

5 300 6,57618248 8,1994713 9,27422974 10,6321899 11,6396023 12,6395761 14,950363

4 240 7,49915546 9,35027428 10,575876 12,124427 13,2732307 14,4135517 17,0486595

3 180 8,84515773 11,0285286 12,4741102 14,3006063 15,6556054 17,0005994 20,1086753

2 120 11,2487332 14,0254114 15,863814 18,1866406 19,909846 21,6203276 25,5729893

1 60 17,3057434 21,577556 24,4058677 27,979447 30,6305323 33,2620424 39,3430605

Tiempo de duracion Intensidad de la lluvia (mm/h) según el tiemo de retorno

79

12.1.3 Geología

Geología Regional

Como lo indica el plan de ordenamiento territorial de la ciudad de Ibagué, se tiene que la región

que conforma el municipio está formada por unidades geológicas ígneas, metamórficas y

sedimentarias del Precámbrico, Paleozoico, Cenozoico y Cuaternario. En el municipio

predomina la presencia de rocas ígneas pertenecientes al batolito de Ibagué, seguidas por

esquistos y filitas del grupo Cajamarca, los piroclastos y derrames lávicos, los depósitos del

Cuaternario (Flujos laháricos, flujos coluvio-aluviales y aluviones) Los neises y Anfibolitas de

Tierra dentro y las rocas sedimentarias de los grupos Gualanday y Honda. Según la estratigrafía

la región está conformada por:

Complejos Precámbricos

Este complejo está compuesto por neises, anfibolita, ocasionalmente mármoles y cuarcita,

instruidas por el batolito de Ibagué, ocasionalmente relacionadas desde el punto de vista

tectónico con rocas del grupo Cajamarca. Algunos de estos cuerpos de relativa extensión son

aprovechados para explotación comercial. De acuerdo con el Plan de Ordenamiento Territorial,

Investigaciones realizadas por Barrero y Vega (1978), y Moreno y Vergara (1992) asignan edad

precámbrica (1360 m.a., método Potasio Argón-K/Ar-), además de correlacionar con la unidad

denominada Neises y Anfibolitas de Tierra dentro. De igual manera dichos materiales

representan según Vega y Barrero (1982), la orogénesis transamazónica evento orinoquense

sufrida por las rocas que componen el escudo Guayanés. En estos complejos se presenta

morfología de montañas de crestas angulares y laderas cortas, con patrón de drenajes dendrítico.

80

No contribuyen a la formación significativa de suelos ya que es común encontrarlos cubiertos

por capas de piro clastos, con niveles de meteorización poco profundos.

Complejos Paleozoicos

Este grupo metamórfico está formado por una secuencia de esquistos negros, filitas cloríticos,

sericíticos, , y cuarcitas, las cuales se formaron según Irving (1971) en Thouret (1981), durante el

periodo Paleozoico, periodo en el que se formó un Eugeosinclinal pericontinental alrededor del

margen noroccidental del escudo Guayanés y a finales del mismo se produjo una orogenia con

fuerte metamorfismo e intrusiones graníticas (Cordillera Central), estos sedimentos sufrieron la

orogenia más fuerte de los periodos fanerozoicos.

En algunas partes se encuentra en contacto fracturado con rocas del batolito de Ibagué esto a

causa de los efectos que generan las fallas de Chapetón - Pericos e Ibagué que ocasionan

cataclasis sobre estas rocas, por lo que se desencadena una serie de fenómenos tales como

deslizamientos rotacionales y formación de depósitos coluviales. Los materiales que presentan

mayor degradación son los esquistos negros, seguidos por esquistos cloríticos y sericíticos, que

presentan una baja resistencia a la erosión, debido al grado de fracturamiento y diaclasamiento

intenso que presentan por efecto de fallas. Las cuarcitas son rocas más resistentes por lo que no

presenta degradación en gran medida, por esto se presentan afloramientos rocosos. (Cortolima,

2009)

En términos generales se forman suelos superficiales de material grueso-granular. Su morfología

se caracteriza por montañas con crestas redondeadas, de laderas largas y drenaje subdendrítico.

Los complejos Paleozoicos se conforman por unidades Jurásicas, Pórfidos Andesìticos

Terciarios, Rocas volcánicas y Rocas consolidadas del terciario.

81

Unidades Jurásicas.

Formadas por rocas graníticas de composición cuarzo - diorítica a granodiorítica, compuestas por

cuarzo, plagioclasa, hornblenda y biotita, feldespato potásico en menor medida, sus niveles de

meteorización son variables, presentan afloramientos al oeste de la falla de chapeton- Pericos e

Ibagué, se aprecian diques de andesitas y dacitas con texturas afaníticas y porfiríticas; venas de

cuarzo y feldespato que ocasionalmente presentan mineralizaciones de importancia económica.

Su morfología es de montañas con crestas agudas, pendientes abruptas y largas, con patrón de

drenaje dendrítico pinado a denso.

Unidades Terciarias:

Pórfidos andesíticos. Se encuentran como cuerpos a manera de Stocks y pequeños cuellos

volcánicos, se caracterizan por tener texturas afaníticas y porfiríticas, algunas presentan

composiciones de Andesitas y Dacitas. En algunos de estos cuerpos se observa fractura miento

intenso y fallamiento por actividad tectónica reciente. su morfología es de colinas de elevación

baja, laderas de pronunciadas pendientes, cortas y filos agudos, drenaje dendrítico pinado, con

escasa a nula cobertura de ceniza volcánica en muchos sectores, según Álvarez y Kassem (1969)

al parecer estos cuerpos se originaron como resultado de la actividad ígnea intensa durante el

terciario (Mioceno).

Rocas Volcánicas.

En la edad paleozoica la actividad volcánica trae consigo grandes producciones de lava

expulsadas del edificio volcánico del Tolima, Machín, Páramo de los Valles y otros cuerpos

menores, depositadas sobre el Grupo Cajamarca. Muestran textura mayormente afanítica, en

menor proporción porfirítica y varia su composición de andesitas, dacitas y en menor proporción

82

basálticas. Se aprecian como campos de lava extensos con superficies lobuladas y estriadas, con

la presencia de material piroclastico cubriéndolos. Dichos materiales presentan superficies

suavemente onduladas, en donde sus zonas terminales muestran formación de escarpes abruptos.

La zona adyacente del Nevado del Tolima posee un modelado glaciar, en sus zonas próximas las

coladas de lava se presentan como afloramientos rocosos o con delgadas capas de humus. Según

Herd, Darrel (1.974) la edad de estos depósitos es de Terciario (Mioceno) y su emplazamiento se

debe a la actividad magmática que se inició desde el Terciario (Mioceno) hasta el cuaternario

(Plio-Pleistoceno).

Rocas Sedimentarias consolidadas del Terciario.

Estas rocas están conformadas por una serie de materiales entre los cuales están: areniscas

masivas, de colores grises y rojizos, con tamaño de grano fino a medio, buena compactación,

conglomerados polimícticos, masivos, de color rojizo, clasto-soportados, los clastos son de

cuarzo y chert, redondeados a subredondeados con esfericidad media; dentro de una matriz

areno-limosa de color rojizo y arcillolitas compactas de color rojizo y alta plasticidad. La

morfología de esta unidad es la de una alargada “cordillera”, orientada con dirección NW-SW.

Se tiene que este conjunto litológico se puede correlacionar con el grupo Gualanday, de edad

Eoceno- Oligoceno, según Corrigan (1.967), quien lo define y divide en tres miembros de

acuerdo a la predominancia en las litologías anteriormente descritas (Gualanday inferior, medio

y superior). La erosión intensa de las áreas pre-emergidas existentes durante el EocenoOligoceno

es representada por el grupo Gualanday, acción que generó gran cantidad de sedimento que fue

transportado por numerosas corrientes. (Cortolima, 2009)

No es buen formador de suelos debido a sus materiales constitutivos de gravas y arenas, por lo

cual se presentan afloramientos rocosos con delgadas capas de suelos. No obstante, los

83

coluviones generados en las proximidades de los cerros generan suelos moderadamente

profundos.

Depósitos Cuaternarios

Los depósitos de origen fluvio-volcánico, fluvioglaciar y fluvial, hacen parte de las unidades más

recientes los cuales se encuentran cubriendo las unidades litológicas preexistentes.

Depósitos fluvio - volcánicos y fluvio-glaciales

Estos depósitos surgen como resultado de la actividad volcánica del nevado del Tolima y el

volcán Machín. Su composición en gran medida consta de flujos piroclásticos, Lahares y

depósitos glaciáricos que se aprecian acumuladas en depresiones y drenajes derivados de las

estructuras volcánicas mencionadas, de espesores variables. En algunos sectores de encuentra

cobertura de afloramientos rocosos del municipio por depósitos de ceniza volcánica y lapilli de

espesor variable, encontrándose espesores mayores en las zonas más altas.

Los a flujos piroclásticos y lahares han sido originados por las erupciones volcánicas del nevado

del Tolima que se han canalizado por los diferentes drenajes, dejando como resultado los

abanicos fluvio volcánicos que se han depositado sobre las llanuras del río Magdalena y a lo

largo de los mismos, alcanzando espesores variables. Dando forma así al abanico de Ibagué, con

un tamaño tal que cubre la mayor parte del municipio de Ibagué, además de cubrir parte de los

municipios de piedras y Alvarado con su tamaño aproximado de 450 kilómetros cuadrados.

Dentro del abanico de Ibagué se encuentran Tobas, aglomerados, depósitos pumíticos y niveles

arenosos. El alto contenido de bloques angulares de tamaño variable en matriz limo-arenosa es

característico de la zona, con inclusión de gravas pumíticas y andesíticas, con menor proporción

de clastos metamórficos. Las características morfológicas de esta formación son de pendientes

84

suaves a ligeramente inclinadas, recubriendo los relieves preexistentes. Presentan drenajes

subdendríticos a subparalelos. Los suelos que desarrollan son de materiales tobáceos, de poco

espesor.

Abanicos Coalescentes y Conos Aluviales

Estos depósitos fueron formados por flujos torrenciales de tierra conducidos por las diferentes

quebradas y canales que nacen sobre las cumbres de las montañas existentes del terreno. Las

unidades preexistentes se encuentran cubiertas por estos depósitos, en muchos casos se pueden

apreciar clastos de tamaños métricos de litologías constitutivas de las laderas, dentro de una

matriz limo-arenosa y arcillosa, con poca consolidación. Presentan morfología suave, poco

inclinada con patrón de drenajes subdendrítico a subparalelo poco denso. Estos depósitos

presentan las características torrenciales de los diferentes drenajes. Los suelos generados a partir

de estos depósitos muestran superficies poco a medianamente alteradas.

Geología local.

La caracterización geológica de la zona de estudio parte de las investigaciones existentes

realizadas por los diferentes organismos geológicos que permite apreciar un marco general de los

antecedentes de la región en materia geológica, y con base en ellos se tiene una idea de la

composición geomorfológica de la zona en particular.

85

Figura #24 Ubicación de la zona de estudio. Fuente: Los autores.

La zona de estudio se ubica en la intersección de dos grupos geológicos pertenecientes a dos

unidades litológicas diferentes las cuales son el batolito de Ibagué y conos de deyección, cuya

descripción específica es:

Grupo 1

Unidad: batolito de Ibagué

Zona: B2

Características geológico-geotécnicas y geomorfológicas:

Ladera con pendiente alta (60 %-100%) y 50 a más de 100 m de longitud, constituida por un

suelo residual, de baja cohesión y unos 10 m de profundidad. Se compone de arena limosa (SM)

de grano grueso-medio y limos (ML) con cuarzo, plagioclasas, anfíboles, mica y algo de grava

86

del batolito. Color blancuzco y moteado ocre, denso a medio-denso, erosionable, semipermeable

y de muy baja compresibilidad. En profundidad pasa a roca.

Estabilidad y amenaza:

Alta amenaza por erosión en surcos, deslizamientos, desgarres, avenidas y flujos torrenciales,

éstos últimos de alta amenaza para las zonas ubicadas en la trayectoria del flujo, aguas abajo.

Recomendaciones:

Destinarla a actividades rurales, haciendo uso adecuado y racional del suelo, conservación del

bosque y tratamiento de sectores inestables. (Curaduría, s.f.)

Grupo 2

Unidad: Cono de deyección

Zona: C1.2

Características geológico-geotécnicas y geomorfológicas:

Taludes naturales, producto del entalle fluvial, de pendiente media-alta (25 %-60%) y de 10 a 25

m de altura. Además de los suelos de la zona C, sigue hacia abajo arenas limo arcillosas (SM-

SC), color ocre y rojizo, con grava y bloques métricos de granodiorita. Son materiales de baja

compresibilidad, impermeable a semipermeables, densos a moderadamente densos. Dichos

materiales presentan meteorización alta en superficie y, en sectores, se cubren de una delgada

capa de suelo coluvial. Nspt entre 10 y 50 golpes/pie. El espesor máximo de los conos C se

estima en 35 m.

87

Estabilidad y Amenaza:

Su constitución litológica y la notable inclinación del talud la catalogan como susceptible a

procesos morfo dinámicos. Se ubica en amenaza alta-media por remoción en masa y erosión.

Recomendaciones:

Restringir para vivienda de interés social e informal. En el caso de edificaciones y vías, según el

caso, exigir estudios de impacto ambiental o investigación geotécnica que defina la condición de

estabilidad, el coeficiente de sitio y las medidas correctivas. (Curaduría, s.f.).

12.1.4 Análisis geotécnico

Para la caracterización geotécnica de la zona de estudio son necesarias tanto pruebas in situ

como ensayos de laboratorio, esto con el objetivo de conocer las propiedades mecánicas del

suelo necesarias para la evaluación de vulnerabilidad ante deslizamientos.

El trabajo de campo se compone por dos sondeos para la realización de ensayo SPT (ensayo de

penetración estándar), con el cual es posible conocer parámetros de resistencia del suelo.

Además, se realizó un apique para la obtención de una muestra de suelo inalterada con el

objetivo de realizarle pruebas de laboratorio para determinar sus características.

El estudio comprende la realización de dos perforaciones con el equipo SPT de forma manual a

una profundidad de 2 m, además de la interpretación y tratamiento de los datos obtenidos en

campo.

88

A su vez los estudios de laboratorio consisten en pruebas granulométricas para la clasificación

del material y la realización del ensayo de corte directo para conocer los parámetros de

resistencia de la muestra inalterada.

Ensayo SPT

Marco De Referencia

Para la correcta realización tanto de las pruebas in situ como de los ensayos de laboratorio se

adoptan las metodologías estandarizadas por las normas ASTM D1586 (American Society for

Testing and Materials), las cuales presentan los lineamientos para el desarrollo de los ensayos de

laboratorio y la recolección y tratamiento de datos de campo.

Procedimiento

Se realiza una perforación con el fin de remover la capa orgánica y llegar hasta la cota

deseada para posteriormente introducir el instrumento para la toma de muestras de

medidas estandarizadas, compuesto por: zapata, Tubo partido y cabezal de acople.

89

Figura #25 Vista en corte transversal de la toma muestras para ensayo SPT. Fuente:

INVIAS 2014.

Después de la perforación inicial se procede a introducir el tubo partido 60 centímetros,

se toma lectura de los golpes necesarios para hincar él toma muestras 15 centímetros. Los

golpes se proporcionan con caída de un cuerpo de masa 63.5 kg o 140 libras que golpea

sobre una cabeza de golpeo denominada yunque. Los datos obtenidos de los tramos de 60

centímetros tanto iniciales como finales no se tendrán en cuenta para el análisis de los

datos, debido que en el primer tramo en suelo pudo haber sufrido alteraciones al

momento de hincar él toma muestras o al realizar la perforación inicial que pudo producir

derrumbes en las paredes del sondeo, y en los 60 centímetros finales el suelo puede verse

afectado por sobre compresión.

Es posible rescatar una muestra alterada del tubo partido para efectuar los ensayos de

laboratorio que lleven a la clasificación de la muestra. (ASTM D1586 – 11)

90

Datos de campo

Ubicación:

Figura #26 Esquema de ubicación de los sondeos realizados en campo. Fuente: Los autores.

91

Sondeo 1. Borde de camino

Profundidad 2 m

Nivel freático encontrado: No


Es importante realizar un análisis gráfico de los datos obtenidos en campo, para determinar la

composición de los estratos de suelo a partir del patrón que sigue tanto la profundidad como el

número de golpes para lograrla.

15 cm 30 cm 45 cm

0,5 3 6 5 11 NO

1 5 4 4 8 NO

1,5 4 4 6 10 NO

2 4 6 5 11 NO

N SPT

N(15-30) + N(30-45) NIVEL FREATICO

SONDEO 1. BORDE DE CAMINO

PROFUNDIDAD

N CAMPO

92


En la siguiente figura se observa una tendencia lineal sin puntos de inflexión entre el número de

golpes para hincar él toma muestras determinada profundidad por lo cual las características

mecánicas del estrato son homogéneas.

93


Sondeo 2. Corona de talud

Profundidad 2 m



15 cm 30 cm 45 cm

0,5 4 4 5 9 NO

1 3 5 6 11 NO

1,5 5 5 4 9 NO

2 4 6 6 12 NO

SONDEO 2. CORONA DEL TALUD

PROFUNDIDAD

N CAMPO N SPT

N(15-30) + N(30-45) NIVEL FREATICO

94

Perfil estratigráfico del suelo:

Los datos de campo obtenidos del sondeo numero dos presentan relación profundidad golpes sin

cambios significativos a lo largo de los 2 metros de profundidad a la que se realizó este ensayo.


Al igual que en el primer sondeo, se evidencia una tendencia lineal entre el número de golpes y

la profundidad, lo que indica la presencia de un estrato con iguales propiedades mecánicas desde

la superficie hasta 2 m de profundidad.

95


Aplicación de correlaciones

Por medio de la aplicación de correlaciones nos es posible determinar parámetros de resistencia

del suelo como el Angulo de resistencia interna, dichas correlaciones han sido desarrolladas a lo

largo de la historia por diversos autores como resultado de múltiples experimentos en campo y

laboratorio, con lo cual se ha podido relacionar el número de golpes del ensayo SPT en

determinado suelo y los parámetros de resistencia del mismo, representando la relación en una

ecuación.

96

Tabla #11 Correlaciones del ángulo de resistencia interna del suelo con N SPT. Tomado de:

Gonzales 1999.

Para usos prácticos se tiene que las ecuaciones anteriormente mostradas presentan una variación,

puesto que para adaptarlas a ensayos realizados en Colombia se transforma la energía a un 45%

(Gonzales. 1999), dando como resultado las ecuaciones siguientes:

97

Tabla #12 Correlaciones del ángulo de resistencia interna del suelo con N SPT en Colombia.

Tomado de: Gonzales 1999.

Teniendo en cuenta las diferencias existentes entre cada una de las fórmulas, es prudente realizar

el cálculo de Angulo de fricción interna con cada una de ellas y determinar cuál de estas se ajusta

más a nuestro caso.

98

Figura #31 Correlaciones del ángulo de resistencia interna de las diferentes ecuaciones. Tomado

de: Gonzales 1999.

Resultados

Sondeo 1. Borde de Camino

Profundidad 2 m



Los autores.

Peck Peck et al. Kishida Schmertmann JNR JRB

0,5 31,25 30,52 26,73 32,11 29,06 25,16 29,14

1 30,50 29,43 25,00 29,39 28,50 23,66 27,75

1,5 31,00 30,16 26,18 31,28 28,88 24,68 28,70

2 31,25 30,52 26,73 32,11 29,06 25,16 29,14

PROFUNDIDAD

ANGULO DE RESISTENCIA INTERNO φ (°)

PROMEDIO

99

Sondeo 2. Corona Del Talud

Profundidad 2 m



Los autores.

Parámetros de resistencia cortante

Los parámetros de resistencia cortante de un suelo se determinan en el laboratorio

principalmente con dos diferentes pruebas: la prueba de corte directo y la prueba triaxial (Das,

2014, p.232).

Se realizaron diferentes pruebas de corte directo a tres diferentes alturas del talud de las cuales

dos coinciden la ubicación de los ensayos SPT de modo que los resultados se verifiquen entre sí,

con el fin de modelar los taludes con condiciones cercanas a la realidad y su comportamiento sea

representativo; las pruebas de laboratorio se hicieron en la universidad de Ibagué, bajo el manto

legal de las normas y especificaciones INVIAS en su versión más reciente; específicamente se

usó “Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada (CD)” INV E 154.

Este ensayo reside en poner la muestra del ensayo en un dispositivo de corte directo, aplicar un

esfuerzo normal determinado, humedecer y/o drenar la muestra de ensayo, consolidar la muestra

bajo el esfuerzo normal, desbloquear las mitades (marcos) de la caja de corte que contiene la

Peck Peck et al. Kishida Schmertmann JNR JRB

0,5 30,75 29,80 25,61 30,38 28,69 24,19 28,23

1 31,25 30,52 26,73 32,11 29,06 25,16 29,14

1,5 30,75 29,80 25,61 30,38 28,69 24,19 28,23

2 31,50 30,87 27,25 32,88 29,25 25,61 29,56

ANGULO DE RESISTENCIA INTERNO φ (°)

PROMEDIOPROFUNDIDAD

100

muestra, y desplazar horizontalmente una mitad respecto la otra a una velocidad constante de

deformación, mientras se miden la fuerza de corte y los desplazamientos normales y

horizontales. La velocidad de corte debe ser suficientemente lenta para permitir la disipación

prácticamente total del exceso de presión de poros. (INVIAS 2012).

Figura #32 INV E (2012) Caja para el ensayo de corte directo. [Diagrama]. Recuperado de

“Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada (CD) INV E 154”.

El ensayo de corte directo es ideal para la determinación, relativamente rápida, de las

propiedades de resistencia de materiales consolidados y drenados. Debido a que las trayectorias

de drenaje a través de la muestra son cortas, se permite que el exceso de presión en los poros se

disipe con mayor rapidez que en otros ensayos drenados. Se puede realizar sobre cualquier tipo

de suelo, inalterado, remoldeado y compactado. (INVIAS 2012).

El Criterio de falla de Mohr-Coulomb nos indica que en una gráfica del esfuerzo cortante en

función del esfuerzo normal el ángulo que forma la línea de tendencia con la horizontal será el

ángulo de fricción interno y el intercepto de esta recta será el valor asignado a la cohesión tal

como lo indica la siguiente figura:

101

Figura #33 (Das, 2014, p.230) Envolvente de falla de Mohr y criterio de rotura de Mohr-

Coulomb. [Diagrama]. Recuperado de “FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA”.

Se llevaron a cabo pruebas de corte directo a diferentes muestras de 50mmx50mmx20mmm, los

resultados se muestran en las siguientes tablas.

102

Apique 1 1408msnm



Aplicando el Criterio de falla de Mohr-Coulomb sabemos:

Cohesión de la muestra = 46.78 kN/m2

Tan (Ф)=0.5881

Ф=Tan-1(0.5881) =30.45°

Prueba # Fuerza normal (N) Esfuerzo normal (KN/m2) Fuerza cortante en la falla (N) Esfuerzo cortante en la falla (KN/m2)

1 90 36 170 68

2 135 54 195 78

3 315 126 305 122

4 450 180 380 152

103

Apique 2 1380msnm




Cohesión de la muestra = 47.39 kN/m2

Tan (Ф)=0.5718

Ф=Tan-1(0.5718) =29.76°


1 90 36 170 68

2 135 54 195 78

3 315 126 300 120

4 450 180 375 150

104

Apique 3 1371msnm


Figura # 36 Esfuerzo cortante vs esfuerzo normal prueba 3 1371msnm. Fuente: Los autores.


Cohesión de la muestra = 56 kN/m2

Tan (Ф)=0.5556

Ф=Tan-1(0.5556) =29.05°


1 90 36 190 76

2 135 54 215 86

3 315 126 315 126

4 450 180 390 156

105

Estimación del peso específico húmedo.

A cada uno de los apiques realizados para la obtención de muestras inalteradas destinadas a las

pruebas de corte directo, se les realizo el cálculo de peso específico húmedo a partir de una

fracción de dicha muestra, tallada hasta el punto de conseguir una figura prismática regular de

modo que se pueda calcular el volumen realizando las medidas de la figura

Resultado de las pruebas de laboratorio:

Muestra 1 apique 1408 msnm

Figura cilíndrica de dimensiones: Radio = r = 0.015 m, Altura = h = 0.05 m

Volumen: 𝑣 = 𝜋 × 𝑟2 × ℎ v = 0.00003534 m3

Masa: m = 56.58 g

Peso específico: 𝛾 = 𝑚

𝑣 × 𝑔 𝛾 = 15.68 KN/m3



106

Volumen: 𝑣 = 𝜋 × 𝑟2 × ℎ v = 0.00003534 m3

Masa: m = 60.1 g


𝑣 × 𝑔 𝛾 = 16.66 KN/m3



Volumen: 𝑣 = 𝜋 × 𝑟2 × ℎ v = 0.00003534 m3

Masa: m = 56.9 g


𝑣 × 𝑔 𝛾 = 15.77 KN/m3

107

Análisis granulométrico.

Se emplea este análisis con el fin de conocer la distribución de los tamaños de las partículas que

conforman el suelo estudiado.

El procedimiento consiste en la preparación de las muestras de acuerdo a las especificaciones

propuestas por la norma INV E 107 de las normas de ensayo para materiales sección 100, para

posteriormente realizar el tamizado del material.

Este procedimiento se aplicó a tres muestras, cuyas precedencias corresponden a material

recuperado de la toma muestras del ensayo SPT, además de esto parte del bloque de material

inalterado se destinó para análisis granulométrico.

Muestra 1 sondeo 1 del ensayo SPT a profundidad 1 m

Muestra 2 sondeo 2 del ensayo SPT a profundidad de 1 m

Muestra 3 apique realizado para la obtención de la muestra inalterada.

Resultados.

Muestra 1


TAMIZ# TAMIZ(mm) PESO RETENIDO(g) %RETENIDO %RETENIDO ACUMULADO %PASA

4 4,75 25,6 2,78 2,78 97,22

8 2,36 0,00 2,78 97,22

16 1,18 89,6 9,72 12,49 87,51

30 0,6 0,00 12,49 87,51

40 0,425 168,4 18,26 30,76 69,24

50 0,3 0,00 30,76 69,24

100 0,15 324,5 35,19 65,95 34,05

200 0,075 259,1 28,10 94,05 5,95

FONDO 0,001 54,9 5,95 100,00 0,00

SUMATORIA 922,1

CURVA GRANULOMETRICA MUESTRA 1

108


Muestra 2



4 4,75 20,1 2,54 2,54 97,46

8 2,36 17,3 2,19 4,73 95,27

16 1,18 60,45 7,65 12,39 87,61

30 0,6 0,00 12,39 87,61

40 0,425 123 15,57 27,96 72,04

50 0,3 52,1 6,60 34,55 65,45

100 0,15 250,4 31,70 66,25 33,75

200 0,075 200,2 25,34 91,59 8,41

FONDO 0,001 66,4 8,41 100,00 0,00

SUMATORIA 789,95


109


Muestra 3



4 4,75 30,1 3,58 3,58 96,42

8 2,36 0,00 3,58 96,42

16 1,18 77,7 9,23 12,80 87,20

30 0,6 21,2 2,52 15,32 84,68

40 0,425 133,4 15,85 31,17 68,83

50 0,3 61,3 7,28 38,45 61,55

100 0,15 218,6 25,97 64,41 35,59

200 0,075 244 28,98 93,40 6,60

FONDO 0,001 55,6 6,60 100,00 0,00

SUMATORIA 841,9


110


Suelo Altura

(msnm)

Peso específico

(kN/m3)

Cohesión

(kN/m2)

Angulo de

fricción (Ф)

Arena arcillosa

pobremente

graduada

1408 15.68 46.78 30.45º

Arena arcillosa

pobremente

graduada

1380 16.66 47.39 29.76º

Arena arcillosa

pobremente

graduada

1371

15.77 56 29.05º

Tabla #21 Resumen principales características de las muestras de análisis. Fuente: los autores.

111

12.1.5 Parámetros de modelación Seudo-estatico

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 Seudo-estatico 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. (LEY #400, 1997).

Tabla #22 (LEY #400, 1997) Valores de Kst/amax mínimos para análisis Seudo-estatico de

taludes. [Tabla]. Recuperado de “Reglamento colombiano de construcción sismo resistente”.

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

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

𝐾ℎ = 𝐾𝑠𝑡 = 𝐾𝑠𝑡

𝑎 𝑚𝑎𝑥∗ 𝑎𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝐹𝑎

𝐾ℎ = (0.5) ∗ 0.2 ∗ 1.4

𝐾ℎ = 0.14

112

Coeficiente de carga sísmica horizontal: 0.14 = Kh

Para el coeficiente de carga sísmica vertical:

𝐾𝑣 = (2

3) ∗ 𝐾ℎ

𝐾𝑣 = (2

3) ∗ 0.14

𝐾𝑣 = 0.0933

Nota: El coeficiente de aceleración sísmica vertical solo es usado cuando el talud a estudiar está

situado justo arriba del epicentro del sismo, así que en la modelación solo se tiene en cuenta el

coeficiente de carga sísmica horizontal.

Coeficiente de aceleración sísmica horizontal. Fuente: los autores.

12.1.6 Modelación en Slide

El análisis de estabilidad de los perfiles mostrados del talud en la micro cuenca Q. La Volcana se

realizó empleando el programa Slide, que permite modelar las estratificaciones del subsuelo y

geometría del terreno con sus respectivas características propias, además de asignar cargas

aportadas por el peso propio del talud y permite un fácil análisis estático y Seudo-estatico

(análisis sísmico).

Slide, el software de análisis de estabilidad de taludes de uso libre permite ver el factor de

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

escogió resolver por el método de dovelas de Bishop simplificado, Fellenius ordinario.

113

Esta modelación se hace con el propósito de entender cuáles son los perfiles son los más críticos

(inestables), y se aclara que el contenido de los gráficos muestra el peor factor de seguridad que

alcanza ese talud. Los resultados de la modelación de cada perfil se muestran a continuación:



Los Factores de seguridad obtenidos:

Método de análisis FS FS (Seudo-estatico)

Bishop simplificado 1,773 1,505

Fellenius ordinario 1,644 1,386


114








115








116








117








118

Figura # 45 Modelo del Perfil 6 50m del talud en la micro cuenca Q. La Volcana en el modo







119








120

En la estabilidad de taludes se analizan el conjunto de fuerzas que actúa sobre la 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 (Das, 2014, p.335).

𝐹𝑆 =𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

Pero en Colombia cada construcción es regida por el reglamento colombiano de construcción

sismo resistente (NSR-10), siendo más riguroso propone lo siguiente:

Tabla #30 (LEY #400, 1997) Factores de seguridad básicos mínimos directos. [Tabla].

Recuperado de “Reglamento colombiano de construcción sismo resistente”.

El reglamento colombiano dicta que para que un talud sea seguro debe poseer un factor de

seguridad mayor a 1.5 en condiciones normales y mayor a 1.05 para el caso Seudo-estatico. Los

resultados obtenidos con la modelación en Slide son:

121

Tabla #31 Resumen factores de seguridad de los perfiles de análisis. Fuente: los autores.

El factor de seguridad del perfil 2 y el perfil 3 no superan el umbral dictado por la norma,

entonces se consideran Taludes Inestables y deben ser intervenidos para garantizar la seguridad

y continuo funcionamiento de la planta de tratamiento de agua potable Aquaflorida (Situada en el

pie del talud).

12.2 Diseño de alternativas de solución

Se debe crear inicialmente una conciencia de la importancia de intervenir cualquier tipo de

desprendimiento durante la construcción de una obra de ingeniería, para lo cual es muy

importante conocer los problemas que se presentan y las metodologías para su solución.

El diseño de un talud debe incluir como mínimo los siguientes elementos:

Diseño de la forma del talud, pendientes, bermas, etc.

Diseño de las obras de manejo de aguas de escorrentía

Diseño de las obras de protección de la superficie del terreno. (Bioingeniería o

recubrimientos)

Diseño de las obras de control geotécnico (Subdrenajes, muros y otros sistemas de

estabilización que se requieran). (Suarez Díaz, 2001, p.350).

FS FS Seudo-estatico

1 1,644 1,386

2 1,343 1,112

3 1,385 1,142

4 1,591 1,291

5 1,515 1,235

6 1,518 1,236

7 1,576 1,290

Factor de seguridad mas bajo

Perfil #

122

12.2.1 Diseño de la forma del talud

Al reducir la pendiente del talud, el círculo crítico de falla se hace más extenso y más profundo

para el caso de un talud estable, aumentándose en esta forma el factor de seguridad.

La remoción de materiales en la parte superior del talud puede trascender en un equilibrio de

fuerzas que corrija la estabilidad del talud. En la práctica este método es muy útil en fallas

activas. (Suarez Diaz, J. 1998, p.417).

Figura #47 Suarez,J.(1998) Estabilizacion por conformidad del talud y bermas. [Diagrama].

Recuperado de “Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales”.

Aplicado a los perfiles 2 y 3 que tienen un factor de seguridad mas bajo que el indicado por la

norma, se deja la pendiente del 45 desde el camino marcado en los taludes, un angulo optimo

123

entre seguridad y economia teniendo en cuenta los volumenes de tierra a mover en la parte

superior del talud como lo indica Suarez.



Se corta una area del perfil de 136.993m2 y se chequean los nuevos factores de seguridad

estaticos.

124



Método de análisis FS

Bishop simplificado 1,640

Fellenius ordinario 1,551


125



Se corta una area del perfil de 140.198m2 y se chequean los nuevos factores de seguridad

estaticos.

126



Método de análisis FS

Bishop simplificado 1,776

Fellenius ordinario 1,684


127

Es evidente que los factores de seguridad han aumentado y cumplen las indicaciones de la

norma, ya con estos ajustes realizados se diseñan las estructuras hidraulicas que daran mayor

estabilidad al talud reduciendo las posibles infltraciones de las aguas lluvias .

12.2.2 Diseño de obras de manejo de aguas de escorrentía

El objetivo principal del drenaje superficial es perfeccionar la estabilidad del talud, reduciendo la

infiltración y evitando cualquier tipo de desprendimiento

La escorrentía recolectada depende de varios componentes, entre ellos: intensidad de la lluvia,

área de drenaje, pendiente y longitud de los taludes a drenarse, naturaleza y extensión de la

vegetación o cultivos, condiciones de la superficie y naturaleza de los suelos subsuperficiales;

Las obras de control de escorrentía se ajustan para recibir los caudales de una lluvia

predeterminada con un período de retorno generalmente de 100 a 500 años, de acuerdo a la

importancia de la obra. (Suarez Díaz, 2001, p.356).

Habitualmente se recomienda para diseño de obras de drenaje en taludes, el uso del método

racional para calcular las cantidades aguas de escorrentías, porque los caudales calculados por la

fórmula racional tienen intrínsecamente un factor de seguridad mayor que otros métodos.

El método racional se utiliza en hidrología para determinar el Caudal Instantáneo Máximo de

descarga de una cuenca hidrográfica

𝑸𝒎𝒂𝒙 = 𝑪 ∗ 𝑰 ∗ 𝑨

Dónde:

Q = Caudal máximo expresado en m3/s

C = Coeficiente de escorrentía

I = Intensidad de la precipitación concentrada en m/s en un período igual al tiempo de

128

concentración (tc)

A = Área tributaria de la cuenca hidrográfica en m2.

Coeficiente de escorrentía

El RAS 2000 es el “Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable Y Saneamiento Básico” e

indica unos valores para la escorrentía superficial según el tipo de superficie

Tabla # 34 (LEY #1096, 2000) Coeficientes de impermeabilidad. [Tabla]. Recuperado de

“Reglamento técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico”.

El área aferente del talud en la microcuenca Q. La Volcana - Ibagué en el Tolima solo

comprende laderas con vegetación, así que el coeficiente de escorrentía más acertado según la

Ley 1096 es C = 0.3

Área tributaria de la cuenca hidrográfica

Del levantamiento topográfico realizado se calculó un área aportante de A = 2889.4567m^2

129

Intensidad de la precipitación

“El tiempo de concentración se define como el tiempo máximo tomado por el agua desde el

extremo superior del área de drenaje hasta el punto de colección” (Suarez Díaz, 2001, p.356).

Una de las formas de calcularlo es usando la ecuación modificada de Bransby – Williams:

𝑡 = 0.14464 [𝐿

𝐻0.2 ∗ 𝐴0.1]

Donde:

t = Tiempo de concentración (min)

A= Área de drenaje (m2)

H = Caída promedio (metros por cien metros) desde la parte más alta del área a drenar hasta el

punto de diseño

L = Distancia en metros medida sobre la línea natural de flujo entre el punto de diseño y el punto

de drenaje que toma el tiempo más largo en llegar a la sección de diseño.

Los datos ya han sido calculados en el levantamiento topográfico.

130

Figura #52 Perfil típico para el cálculo de parámetros en el tiempo de concentración. Fuente: los

autores

𝑡 = 0.14464 [𝐿

𝐻0.2 ∗ 2889.45670.1]

Cálculo de caída promedio en 100 metros:

L = 70.4124m

H = Y/(X/100m)

H = 45.7994/ (53.482/100) = 85.6351 (m/100m)

𝑡 = 0.14464 [70.4124

85.63510.2 ∗ 2889.45670.1]

𝑡 = 1,885061743 𝑚𝑖𝑛

Según el inciso 10.1.2 Población de Ibagué, el municipio de Ibagué en su zona urbana tiene una

población mayor a 60000 habitantes asociado por la Normatividad del Reglamento del Sector de

131

Agua Potable y Saneamiento Básico en su tabla A 3.1 “Asignación del nivel de complejidad” a

un nivel de complejidad alto, así mismo se recomienda un periodo de diseño de 30 años (RAS

2000, 2009).

Fundamento del periodo de retorno:

La selección del período de retorno está asociada con las características de protección e

importancia del área de estudio y, por lo tanto, el valor adoptado debe estar justificado de

acuerdo con dicho criterio. En la Tabla D.4.1 se establecen los valores de períodos de

retorno de acuerdo con el grado de protección, con las características del área de drenaje

y el tamaño total de dicha área para el sistema o sector diseñado. (RAS 2000, 2009).

La Normatividad del Reglamento del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico en su tabla

D.4.1 “Períodos de retorno recomendados según el grado de protección del sistema” indica que

para canales abiertos en zonas montañosas (alta velocidad) o a media ladera se puede elegir un

periodo de retorno entre 25 y 100 años; por la simplicidad de las obras se tomó la decisión de

aumentar la seguridad de las obras al diseñar las estructuras para una lluvia de tiempo de retorno

de 100 años.

La Intensidad de la precipitación concentrada calculada en m/s en un período de 100 años según

la Tabla #8 (Intensidades según el tiempo de retorno) es 33,262 mm/h = 9,239E-06m/s

Entonces el caudal de diseño para las obras de manejo de aguas escorrentías se calcula por:

𝑸𝒎𝒂𝒙 = 𝑪 ∗ 𝑰 ∗ 𝑨

𝑸𝒎𝒂𝒙 = 𝟎. 𝟑 ∗ 𝟗, 𝟐𝟑𝟗𝑬 − 𝟎𝟔𝒎/𝒔 ∗ 𝟐𝟖𝟖𝟗. 𝟒𝟓𝟔𝟕𝒎^𝟐

𝑸𝒎𝒂𝒙 = 𝟖𝑬 − 𝟎𝟑𝒎^𝟑/𝒔

132

𝑸𝒎𝒂𝒙 = 𝟖𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔/𝒔

Diseño de alternativa zanjas de coronación

Las zanjas de coronación, comúnmente utilizadas para el drenaje superficial en laderas, ofrece la

capacidad de recolectar el agua que cae sobre la superficie del terreno evitando que se infiltre y

conduciéndola hasta el lugar de drenaje deseado o colector. Al tener la superficie del terreno

drenada, se logra disminuir la erosión por causa de las precipitaciones.

Contando con simplicidad geométrica, los canales o zanjas de coronación presentan diversidad

de formas, cuyos criterios de selección en un diseño dependen tanto de las condiciones

geomorfológicas y aspectos constructivos como del caudal recibido.

Así las cosas, para la realización de los diseños de las zanjas de coronación el talud estudiado, se

toman en cuenta las especificaciones y recomendaciones dadas por Jaime Suarez las cuales

contemplan ubicación y dimensiones entre otras.

Para la ubicación de las zanjas, se sugiere que estas se encuentren en la parte alta (corona) del

talud, de manera que intercepten el agua de los terrenos superiores, además se debe tener en

cuenta que la ubicación de la misma no debe coincidir con el borde de la corona, ya que esto

puede ocasionar superficies de falla, así mismo se recomienda una distancia prudente entre el

borde del talud y la zanja de 3 metros, distancia que se debe recubrir para evitar infiltraciones.

Por otra parte, se recomienda que la zanja se construya siguiendo las curvas de nivel del terreno.

(Suarez Díaz, 2001, p.432).

Longitudes mínimas recomendadas

133

A continuación, se muestra el esquema que describe las longitudes mínimas recomendadas para

dos tipos de canales usados comúnmente

Figura #53 Esquema de dimensiones mínimas canal semicircular. Recuperado de Suarez Díaz,

2001.

La ubicación y dimensiones de la zanja varían en función de la topografía del lugar y del caudal

recibido, por lo general se recomiendan zanjas rectangulares de 40 centímetros de ancho como

mínimo y 50 centímetros de profundidad. (Suarez Díaz, 2001, p.432).

134

Figura

#54 Esquema de dimensiones mínimas canal rectangular. Recuperado de Suarez Díaz, 2001.

Criterio de selección: Teniendo en cuenta que el caudal recibido es de 8 litros/segundo. Los

parámetros mínimos anteriormente mencionados para un canal rectangular son suficientes para

desalojar la totalidad del caudal recibido, por lo cual se procede al diseño y ubicación de 2 zanjas

a lo alto del talud, la primera sobre la corona y la segunda el sector intermedio.

Figura #55 Diseño zanja de coronación, sección transversal. Fuente: Los autores.

135

Figura #56 Diseño zanja de coronación, vista en planta. Fuente: Los autores.

Alternativa canales interceptores a mitad de talud:

En suelos que presentan problemas de se deben construir canales interceptores en cada una de las

bermas intermedias del talud, estos canales deben revestirse adecuadamente conduciendo las

aguas a graderías de disipación de energía. (Suarez Díaz, 1998, p.433).

Las bermas deben conservar un sobre ancho para la protección para los canales, en el caso de

producirse un derrumbe en la zanja de coronación planteada, estos canales de medio talud deben

impedir la sedimentación de materiales por lo que se recomienda una pendiente mínima del 2%.

Suarez Díaz indica:

136

Figura #57 Suárez. (1998) Esquema de entrega de canales interceptores a mitad de talud.

[Diagrama]. Recuperado de “Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales”.

Criterio de selección: dado el largo tramo del recorrido que debe hacer el agua se ve necesario

crear una zanja interceptora a mitad de talud

137

Alternativa Canales colectores y disipadores

“Los canales deben conducirse a entregas en gradería u otro disipador de energía que conduzca

el agua recolectada hasta un sitio seguro.” (Suarez Díaz, 1998, p.436). Se suele usar dos tipos

diferentes de canales para estos casos, el canal rápido y el canal en gradería (disipador de

energía).

Criterio de selección: El canal rápido se construye a una pendiente igual a la del talud y en

Colombia es obligación colocar elementos sobresalientes en su fondo para disipar energía tal

como indica el RAS “Adicionalmente deben estar acompañadas de una estructura de disipación

de energía.” (LEY #1096, 2000, Titulo D, p.193).

Nota aclaratoria: de replicarse este trabajo sobre otro tipo de talud se debe tener en cuenta que

el sistema de graderías es más eficiente para disipar energía pero el canal rápido es más

económico y tiene mayor facilidad constructiva pues se construye con una pendiente igual a la

del talud; El criterio de decisión cuestión del diseñador, por ejemplo en este caso particular

debido al caudal tan reducido se realizaron los diseños con las dimensiones mínimas para mayor

economía sabiendo que para un caudal minúsculo no es necesario disipar energía.

Los diseños de cualquier tipo son diferentes por cada lugar, pues este debe adaptarse a las

condiciones y solicitaciones de su entorno.

Según la forma del talud se escogió la disposición de las obras de control de control de aguas

superficiales de la siguiente manera:

138

Figura #58 Disposición de las obras de control de aguas superficiales sobre el talud. Fuente: Los

autores

A continuación, se mostrarán la disposición del canal de entrega rápida sobre el talud y sus

detalles tanto en perfil como en planta; el canal recolector se encuentra sobre el perfil 0k+40m.

139

Figura #59 Disposición del canal colector rápido de entrega sobre el talud. Fuente: Los autores.

Figura #60 Detalles de la corona del canal colector rápido de entrega (Distancias en metros).


140

Figura #61 Detalles de la berma de media ladera del canal colector rápido de entrega (Distancias

en metros). Fuente: Los autores.

Se debe resaltar la importancia del disipador de energía y el dentellón típico que en conjunto con

los demás dentellones dan soporte a la estructura.

Figura #62 Dimensiones del dentellón típico y el disipador de energía. Fuente: Los autores.

141

Figura #63 Detalles de la entrega al cauce natural del canal colector rápido de entrega. Fuentes:

Los autores.

Las dimensiones son típicas, es decir, basta con saber el grosor de un detalle para saber el grosor

en toda la estructura, a continuación, las vistas en planta de las partes más importantes del perfil.

Figura # 64 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector en la corona del talud


142

Figura #65 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector en la berma de media ladera


143

Figura #65 Detalles de la entrega canal colector a la cuenta en el pie del talud (Distancia en

metros). Fuentes: Los autores.

12.2.3 Diseño de las obras de protección de la superficie del terreno

Los pastos son el tipo de vegetación más comúnmente utilizado para el control de la erosión

especialmente la Vetiveria Zizanioides comúnmente conocido como pasto Vetiver, es

fácilmente la especie mayor utilizada en el mundo para el fin de estabilización y se está

utilizando en los países tropicales de todo el mundo como la especie controladora de erosión por

excelencia. (Suarez Díaz, 2001, p.275).

Esta especie crece desde el nivel del mar hasta 2000 msnm, en zonas con precipitación media

anual desde 600 mm hasta 6000mm, suelos con pH desde 4.5 hasta 10.5 y temperaturas desde

5oC hasta 45oC. (Anon, 1960).

144

Es ideal como alternativa de solución porque la vegetación intercepta la lluvia frenando el

impacto directo sobre la superficie y amortiguando la energía de las gotas de agua.

Al mismo tiempo, como Suarez Díaz indica, las raíces y el follaje aíslan el suelo de las fuerzas

de tracción directa ocasionadas por el flujo del agua de escorrentía. Además, refuerzan el suelo

aumentando la resistencia al corte (Fricción y Cohesión) y la resistencia a las fuerzas de erosión

(2001).

12.2.4 Diseño de las obras de control geotécnico

La inestabilidad del talud era dada por la geometría del terreno y una vez corregida con la

remoción de materiales en la parte superior, las demas obras pasaron a ser secundarias, aun asi,

de manera conservadora se reforzó la superficie del terreno con pastos y se realizó el diseño de

obras de manejo de aguas de escorrentía; por lo tanto se descalifica el uso de muros de

contención, además según el estudio geotécnico el talud no tiene nivel freático y la presencia de

Subdrenes se recomienda cuando existe, tal como indica el experto en suelos tropicales

colombianos “Cuando existen niveles freáticos dentro de talud se requiere pendientes muy

suaves en la zona saturada o la construcción de sistemas de subdrenaje” (Suarez Díaz, 2001,

p.354). En pocas palabras el drenaje subterráneo tiene por objeto disminuir las presiones de poro

o impedir que estas aumenten y al no haber presencia de estas en el talud, su uso no tendrá

mucho impacto positivo sobre la estabilidad del mismo por lo que se omite.

145

12.3 Rediseño de solución a escala

12.3.1 Estado del arte modelos a escala

Numerosos fenómenos vistos en el medio ambiente y específicamente en campo de la hidráulica

y la geotecnia son tan complicados que no es factible tratarlos únicamente con métodos

matemáticos por lo anterior es favorable acudir al uso de técnicas experimentales que tienen la

función de brindar herramientas para la obtención de soluciones prácticas aplicadas a problemas

del nivel de una ingeniería.

Por mucho tiempo y en diferentes lugares los modelos físicos han sido un instrumento sustancial

para solucionar problemas en diferentes áreas de la ingeniería, en el caso de la hidráulica el uso

de estos modelos empezó en México alrededor del año 1930 y desde entonces se han ido

desarrollando diferentes técnicas de modelado que han permitido resolver de manera apropiada

muchas situaciones de duda que se presentan en las estructuras hidráulicas antes de su ejecución,

su uso es una vía segura y esto lo ha llevado a expandirse por las diferentes áreas de la hidráulica

como lo afirma Vergara (1995), “Da soluciones adecuadas a muchas de las obras Hidráulicas en

materia de control de avenidas, riego y drenaje, control de ríos, generación de energía eléctrica,

puertos, navegación, estuarios, etc.”

Además se ha demostrado a lo largo de la historia que soluciones planteadas por laboratorios

hidráulicos en muchos países, han dado respuesta a problemas específicos usando diferentes

técnicas, esto genera más avance en las técnicas de modelación, no obstante aún falta mucho por

descubrir, porque aun en la actualidad ninguna técnica de modelación permite representar los

fenómenos presentados por cualquier rama de la ingeniería de manera exacta, este hecho deja un

amplio sector del conocimiento por explorar.

146

Este hecho abre las puertas a diferentes tipos de modelo que se adaptan a un correcto

entendimiento del fenómeno según sea el caso; el termino modelo como concepto, corresponde a

un sistema que simula una condición real mediante el ingreso de ciertas características que se

ajustan de la manera adecuada para emplearse en el diseño de obras de ingeniería civil.

Modelos matemáticos

Modelos análogos

Modelos físicos (generalmente Modelos físicos reducidos)

Los modelos matemáticos tratan de darle un enfoque matemático al problema, estos son

idealizados lo que admite simplificaciones significativas que ayudan a entender el sistema y hace

que sea posible de entender; al contener una serie de errores por la idealización estos deben ser

corregidos mediante ensayos con modelos análogos o modelos físicos de escala reducida.

Los modelos físicos a escala reducida o simplemente modelo hidráulico o modelo

geotécnico según sea el caso, personifican a escala el objeto o situación real, como por ejemplo

un fenómeno, una estructura o una máquina, con algunas condiciones matemáticas específicas.

Actualmente se tiene de técnicas modernas en la modelación física de fenómenos

hidráulicos que, sumadas al perfeccionamiento de herramientas de medida, admiten pronosticar

el comportamiento del prototipo y por esto se consiguen óptimos resultados en funcionalidad y

economía de las estructuras por construir. Esto justifica el uso de los modelos hidráulicos o

geotécnicos; evidentemente el uso de modelos cualquiera que sea el caso tiene si limitaciones,

estas dependen de la complejidad que pueda alcanzar el sistema.

147

12.3.2 Modelos físicos reducidos

El empleo de modelos físicos a escala reducida, o simplemente llamados modelos

hidráulicos o geotécnicos según sea el caso, involucra que estas deben ser similares al prototipo o

sistema y para esto deben aclararse ciertas condiciones de similitud Geométrica, Cinemática y

Dinámica, que vinculadas entre si corresponden a las magnitudes físicas homologas definidas

entre ambos sistemas.

En la mayoría de técnicas se maneja la misma terminología de subíndices “m” para

modelo y “p” para prototipo, como ejemplo si se habla de los sistemas tendremos el sistema Am

(sistema del modelo) y el sistema Ap (sistema del prototipo).

La similitud geométrica es fácil de obtener, se pueden usar rayos de proyección desde un

punto de fuga y las líneas de fuga pasan por los elementos de ambos sistemas, general mente las

intersecciones de líneas (esquinas) de igual manera se definen otras magnitudes como superficies

y volúmenes que hacen parte de la similitud geométrica

Cuando la comparación de los sistemas Ap y Am conlleva el modelado de un

movimiento, se aplica la similitud cinemática que se cumple cuando hay similitud de

movimientos de los sistemas, por lo que la relación de velocidades de puntos homólogos debe ser

constante, es decir

Vp/Vm = Ev la velocidad del prototipo sobre la velocidad del modelo es la constante E,

esto se mantiene para sus dimensiones, siendo Ev= El*Et-1 siendo Ev escala de velocidades El

escala de longitudes y Et-1 Escala de tiempos.

Es importante que se cumpla la similitud geométrica para que se cumpla la similitud cinemática,

para que el movimiento sea similar de manera adecuada es necesario considerar los efectos

148

causados por las fuerzas sobre las partículas del fluido tales como fricción, tensión, gravedad o

peso, de inercia, de Coriolis; esto implica que las fuerzas actuantes sobre puntos homólogos debe

ser geométricamente similar lo que revela que las relaciones de fuerza deba ser una constante

entre los sistemas y se debe cumplir Fp/Fm=Em*El*Et-2. Donde Em es constante de masa El es

constante para longitud y Et-2 es constante para tiempo.

12.3.3 Definición de la escala a utilizar en el modelo físico

La escala del modelo se ajusta según los recursos disponibles, un modelo grande representa

mayor exactitud en la representación del fenómeno, pero también grandes inversiones

económicas, un modelo pequeño de igual manera puede personificar las situaciones reales si son

simples y es mucho más económico.

La simplicidad de las obras y el limitante económico son factores claves en este proyecto, pero

el principal restrictivo son las dimensiones del canal colector, pues longitudinalmente mide

200metros mientras que su ancho tan solo mide 80cm, por un lado si el ancho del canal en el

modelo a escala es demasiado pequeño, no será representativo, por otro lado, si el largo

longitudinal es mucho será complejo de trabajar, así que se tomó la decisión de realizar

diferentes modelos para las partes más críticas del diseño teniendo en cuenta factores como la

velocidad del flujo y las fuerzas asociadas a este; se mantendrá una similitud geométrica entre el

prototipo y el modelo de 1:16, manteniendo una semejanza del número adimensional de Froude;

El número de Froude es comúnmente utilizado en simulaciones de canales abiertos y

aplicaciones de modelos (Murillo Muñoz & Alpizar, 2015).

La razón de semejanza λ es la relación entre la longitud del modelo y la del prototipo.

En este caso particular λ = 16

149

Al pretender construir el modelo con una semejanza hidráulica de Froude se considera que las

fuerzas gravitacionales predominan el sistema (Murillo Muñoz & Alpizar, 2015).

Con Froude constante se determina:

𝐹2 =𝑉2

𝑔𝐿=

𝑉2′

𝑔′𝐿′

Nota: Para simplicidad en la explicación las variables con el apostrofe serán las asociadas al

modelo a escala reducida.

Despejando:

𝑉2

𝑉2′=

𝑔𝐿

𝑔′𝐿′

Suponiendo la gravedad constante:

𝑉2

𝑉2′=

𝐿

𝐿′

Introduciendo el factor λ:

λ = 𝐿

𝐿′

𝑉2

𝑉2′= λ

𝑉

𝑉′= √λ

Conociendo la velocidad y la longitud, es posible introducir el parámetro tiempo al fenómeno de

la forma t=distancia/velocidad:

150

𝑡 =𝐿

𝑉 →

𝑡

𝑡′=

𝐿𝐿′𝑉𝑉′

=λ

√λ= √λ

Ahora se puede introducir el Caudal como Q=volumen/tiempo

𝑄 =𝐿3

𝑡 →

𝑄

𝑄′=

𝐿3

𝑡𝐿3′𝑡′

=

𝐿3

𝐿3′𝑡𝑡′

= λ3

√λ= √λ 5

2

(Murillo Muñoz & Alpizar, 2015).

Ahora, para un caudal de 8 litros/s y λ = 16.

𝑄

𝑄′= √λ 5

2

𝑄

√λ 52 = 𝑄′

8𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑠

√16 52 = 𝑄′

El caudal para el modelo físico a escala reducida debe ser:

𝑄′ = 0,007821379𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑠

La similitud geométrica se alcanza dividiendo todas las dimensiones mostradas en 16, a su vez se

aplica la similitud cinemática porque hay similitud de movimientos de los sistemas ya que la

relación de velocidades de puntos homólogos es constante; además se deben revisar similitudes

del número de Reynolds y el número de Weber porque son magnitudes cuando se modelan

fenómenos de un sistema que trabaja con superficie libre como canales (Murillo Muñoz &

Alpizar, 2015, p.44), Reynolds indica los regímenes de turbulencias y con Weber se analizan los

151

posibles efectos de tensión superficial que podrían entorpecer la precisión de los resultados de la

modelación.

La viscosidad es un fenómeno muy relevante en los estudios hidráulicos de un sistema, sin

embargo, pierde importancia al ser un canal abierto pues no se puede aplicar el número Reynolds

como si fuera una tubería. Por lo tanto, la semejanza en el número Reynolds sería aceptada y no

se corre riesgo de invalidar la semejanza de Froude utilizada.

12.3.4 Definición del material del modelo físico a escala reducida

El tema de la rugosidad se fundamentó en la ecuación de Manning (para λ = 16).

𝑄

𝑄′= √λ 5

2

𝑄

𝑄′= 1024

Con la ecuación de Manning:

𝑄

𝑄′=

(1𝑛) ∗ 𝐴 ∗ 𝑅

23 ∗ 𝑆1/2

(1𝑛′

) ∗ 𝐴′ ∗ 𝑅′23 ∗ 𝑆′1/2

Sabiendo que el área (A) dimensionalmente se comporta como L*L tendrá un factor de escala de

16*16 de la misma manera el radio hidráulico (R) al ser una distancia dimensionalmente se

comporta con un factor de escala de 16 (más específicamente (16*16)/16 por su origen de área

mojada sobre el perímetro mojado), el coeficiente de pendiente (S) se puede simplificar porque

es igual tanto en el prototipo como en el modelo físico a escala reducida.

𝑄

𝑄′=

𝑛′ ∗ 16 ∗ 16 ∗ 𝐴′ ∗ (𝑅 ∗ 16)23 ∗ 𝑆1/2

𝑛 ∗ 𝐴′ ∗ 𝑅′23 ∗ 𝑆′1/2

= 1024

152

Se cancelan las variables iguales (A’, R’, S).

𝑛′ ∗ 16 ∗ 16 ∗ (16)

23

𝑛= 1024

𝑛′ ∗ 16 ∗ 16 ∗ (16)23

𝑛= 1024

𝑛′

𝑛= 0,629960525

El coeficiente de rugosidad de Manning (n) del concreto es 0.013 (Sotelo Ávila, 2002), por tanto:

𝑛′ = 0,629960525 ∗ 𝑛

𝑛′ = 0,629960525 ∗ (0.013)

𝑛′ = 0,008189487

Resulta que el modelo físico a escala reducida debe construirse con un material liso que se asocie

al coeficiente de rugosidad 𝑛′ = 0,008189487 lo más posible, lamentablemente en la vida real

los materiales comerciales no suelen tener un coeficiente de rugosidad tan bajo, encontrando así

una de las limitantes de la modelación a escala, sin embargo, la modelación puede continuar con

un material que tenga un coeficiente de rugosidad cercano y el modelo seguirá teniendo

resultados representativos.

Se tomó la decisión de trabajar con la madera que se le asocia un coeficiente de rugosidad

n=0.012 (Cengel & Cimbala, 2006, p.693), con incertidumbre del 20%, se intervendrá la madera

153

con pintura para aspirar a un coeficiente de rugosidad n en las mejores condiciones de 0.0096

cercano al calculado (n’).

Un fenómeno importante cuando se trabaja con sistemas hidráulicos es la tensión superficial, al

trabajar con la similitud de Froude es recomendable que el tirante en el modelo sea mayor a 3cm,

de esta manera se puede despreciar los efectos de la tensión superficial y el modelo físico será

más exacto. (García, J. 2013). Siendo así el modelo servirá perfectamente para calcular el caudal

máximo soportado y transportado por la estructura mientras que se cumpla un tirante hidráulico

(altura de la lámina de agua) de mínimo 3cm.

La semejanza mecánica se consigue al cumplir juntamente la similitud geométrica, cinemática y

dinámica. Aunque es difícil modelar de manera exacta un fenómeno por diversas situaciones

mencionadas se probara que el error asociado en la modelación no tiene gran relevancia en los

resultados finales (Murillo Muñoz & Alpizar, 2015).

12.3.5 Dimensiones modelo a escala

Las dimensiones geométricas del modelo a escala reducida son las mostradas antes divididas en

el factor de escala 16:

Figura #66 Diseño zanja de coronación del modelo físico a escala reducida, sección transversal

(Distancia en centímetros). Fuente: Los autores.

154

Figura # 67 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector del modelo físico a escala

reducida en la corona del talud (Distancias en centímetros). Fuente: Los autores.

155

Figura #68 Detalles de la unión Zanja de coronación- Canal colector del modelo físico a escala

reducida en la berma de media ladera (Distancias en centímetros). Fuente: Los autores.

156

Figura #69 Detalles de la entrega canal colector a la cuenta del modelo físico a escala reducida

en el pie del talud (Distancia en centímetros). Fuentes: Los autores

Figura #70 Detalles del modelo físico a escala reducida de la berma de media ladera del canal

colector rápido de entrega (Distancias en centímetros). Fuente: Los autores.

157

12.4 Construcción del modelo a escala reducida

La Construcción del modelo se realiza porque es muy costoso construir las obras planteadas en

este trabajo en la vida real y es necesario estudiarlas y validar su correcto funcionamiento antes

de su ejecución.

El modelo físico a escala estará soportado por una base, no diseñada dada su irrelevancia en los

resultados de similitud, que garantice la pendiente diseñada del terreno.

En principio se pensó construir tres diferentes modelos, pero por facilidad constructiva se

modelaron las partes más críticas juntas, sin tener en cuenta el recorrido que hay entre los cortes

dados en el diseño, entonces se debe tener especial cuidado a la hora de resultados y

comparaciones, pues un solo caudal no será representativo para todos los tramos, *si se quiere

probar la unión zanja-canal colector de la berma a mitad de talud, se debe calcular la velocidad

del flujo en ese punto, escalar dicha velocidad con el factor de escala para velocidades, (V/V'=

√λ) y ubicar la velocidad escalada antes de la unión zanja-canal colector de la berma a mitad de

talud; es el mismo caso para la entrega.

Explicado esto, se muestran las partes del talud críticas dentro del modelo

158

.

Figura #71 Diferentes zonas de análisis para el modelo físico a escala reducida. Fuente: los

autores.

159

Figura #72 Vista en perfil del modelo físico a escala reducida. Fuente: los autores.

Validación de los diseños mediante modelación

Primero se debe determinar en qué grado el modelo físico a escala reducida representa el mundo

real, luego este demostrara que los diseños funcionaran a gran escala.

El modelo físico a escala reducida es similar al prototipo y cumple con las condiciones de

similitud Geométrica, Cinemática y Dinámica, que vinculadas entre si corresponden a las

magnitudes físicas homologas definidas entre ambos sistemas.

160

Respecto a la geometría, el modelo físico cumple con las dimensiones calculadas, no tiene

fisuras, su comportamiento es físicamente parecido a lo que se esperaba, y los materiales usados

cumplen el rol de homogéneos e isotrópicos (aunque no lo sean, la diferencia es despreciable).

Respecto a la similitud cinemática, existe ya que la relación de velocidades de puntos

homólogos es constante como se ve en las siguientes pruebas;

El caudal soportado por el diseño supera al caudal máximo de diseño, pero como se trata de

probar la veracidad del modelo los siguientes cálculos están sobrellevados en base al caudal que

podría soportar el diseño planteado (Que es más grande que cualquier caudal que pueda llegar).

Se comprobará que las velocidades del caudal al 90%, 50% y 10% que la estructura puede

soportar cumplen similitud cinemática con las medidas en modelo físico. Es decir que la

velocidad real escalada sea similar a la medida en el modelo físico a escala reducida.

Usando la ecuación de Manning para el cálculo de velocidades

𝑉 =1

𝑛∗ 𝑅ℎ

23 ∗ 𝑆

12

Ecuación: 12.4 1(Sotelo Avila, 2002).

Dónde:

V es la velocidad en metros/segundos.

n es el coeficiente de rugosidad de Manning.

Rh es el radio hidráulico en metros.

S es la pendiente en metros/metros.

El coeficiente de rugosidad de Manning (n) asociado al concreto es 0.013; y la Pendiente S es

1(m/m)

161

Entonces; Ecuación: 12.4 2:

𝑉 =1

0.013∗ 𝑅ℎ

23 ∗ 1

12

La Velocidad del caudal al 90%, 50% y 10% será dada por la ecuación: 12.4 3:

𝑉 =1

0.013∗ 𝑅ℎ

23

y el radio hidráulico depende de lo lleno del canal abierto; Ecuación: 12.4 4:

𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑎

𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜= 𝑅ℎ

Por ser canal de rectangular; Ecuación: 12.4 5:

𝑏 ∗ 𝑦

𝑏 + 2𝑦= 𝑅ℎ

Los diseños planteados muestran una base de b = 0.6m y una altura h=0.6m; entonces Y para

cada caso es:

Para el cálculo velocidad del caudal al 90%; y1 = 90%*0.6 = 0.6*0.9 = 0.54m



Respectivamente el radio hidráulico usando 12.4 5:

Para el caudal al 90%:

𝑅ℎ =0.6𝑚 ∗ 0.54𝑚

0.6𝑚 + 2 ∗ 0.54𝑚

162

𝑅ℎ = 0.192𝑚


𝑅ℎ =0.6𝑚 ∗ 0.3𝑚

0.6𝑚 + 2 ∗ 0.3𝑚

𝑅ℎ = 0.15𝑚


𝑅ℎ =0.6𝑚 ∗ 0.06𝑚

0.6𝑚 + 2 ∗ 0.06𝑚

𝑅ℎ = 0.05𝑚

Con el radio hidráulico se calculan las velocidades usando 12.4 3:

Velocidad para un caudal al 90%:

𝑉(90%) =1

0.013∗ 0.192

23

𝑉(90%) =25.67𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠


𝑉(50%) =1

0.013∗ 0.15

23

𝑉(50%) =21.71𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠



163

𝑉(10%) =1

0.013∗ 0.05

23

𝑉(10%) =10.44𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠


Se observa un cambio significativo en la velocidad dado que se calcula con las condiciones

ultimas de funcionamiento de la estructura, recordemos que el caudal máximo de diseño es

mucho menor a los mostrados; De igual forma se puede calcular el Caudal Q=V*Amojada

Q (90) = 25.6 (m/s)* 0.6m*0.54m = 8.2944(m^3/s)

Q (50) = 21.71 (m/s)* 0.6m*0.3m = 3.9078(m^3/s)

Q (10) = 11.78 (m/s)* 0.6m*0.06m = 0.4240(m^3/s)

Del inciso 12.3.3 es obtuvo:

𝑉

𝑉′= √λ

Significa que la velocidad esperada en el modelo físico a escala reducida viene dada por la

ecuación:

𝑉

√λ= 𝑉′

Y el factor de escala definido en 12.3.4 λ = 16

Entonces la velocidad esperada sobre el modelo físico será:

𝑉

4= 𝑉′

Velocidad escalda esperada para un caudal al 90%:

164

𝑉′(90%) =25.67𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠′

4 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠′

𝑉′(90%) =6.417𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠′

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠′


𝑉′(50%) =21.71𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠′


𝑉′(50%) =5.427𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠′



𝑉′(10%) =10.44𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠′


𝑉′(10%) =2.61𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠′


Resumiendo:

Velocidad para Q (%) Velocidad (m/s) Velocidad esperada (m/s)'

90 25,67716864 6,419292159

50 21,71621605 5,429054013

10 10,44006776 2,610016939

Tabla # 35 Resumen de velocidades calculadas y esperadas por caudal. Fuente: Los autores

Usando partículas flotantes de poliestireno expandido (EPS) y midiendo la distancia recorrida en

determinado tiempo se calculó la velocidad del fluido experimentalmente con el fin de comprar

su magnitud con la velocidad esperada.

165

Cálculo de velocidades experimentales

Prueba Para Q (90%)

Para Q (50%)

Para Q (10%)

1 5,54 4,8 2,5

2 5,53 5 2,4

3 5,56 4,9 2,6

4 5,52 4,5 2,4

5 5,58 4,9 2,6

6 5,4 5,2 2,5

7 5,5 5,1 2,4

8 5,6 4,8 2,5

9 5,6 5 2,6

10 5,4 4,9 2,5

Promedio 5,523 4,91 2,5

Tabla # 36 Velocidades experimentales por caudal. Fuente: Los autores

Velocidad para Q (%) Velocidad esperada (m/s)' Velocidad experimental promedio (m/s)' Similitud (%)

90 6,419292159 5,523 86,0375235

50 5,429054013 4,91 90,43932863

10 2,610016939 2,5 95,78481896

Tabla # 37 Comparación velocidades esperadas con velocidades experimentadas por caudal.

Fuente: Los autores

Se cumple la similitud cinemática, esta se cumple más a medida que el caudal es más bajo,

recordemos que, el caudal máximo de diseño no supera al Q (10%) y se puede inferir que para

caudales menores a 10% la similitud geométrica es mayor al 95% de coincidencia.

La viscosidad es un fenómeno que pierde importancia al ser un canal abierto pues no se puede

aplicar el número Reynolds como si fuera una tubería. Por lo tanto, la semejanza en el número

Reynolds sería aceptada y no se corre riesgo de invalidar la semejanza de Froude utilizada.

La semejanza mecánica se consiguió al cumplir juntamente la similitud geométrica, cinemática y

dinámica.

166

Cabe resaltar que el modelo físico no representara de manera exacta un fenómeno por diversas

situaciones pero el error asociado en la modelación no tiene gran relevancia en los resultados

finales (Murillo Muñoz & Alpizar, 2015) y los resultados serán siendo representativo y valido;

Validado el modelo físico este a su vez valida los diseños mediante la modelación pues el

comportamiento ha alcanzado las similitudes y funciona a perfectamente a escala entonces

funcionara perfectamente en la obra real.

12.5 Discusión y Conclusiones

Las pruebas realizadas sobre el modelo físico muestran un perfecto funcionamiento de las obras

de control de aguas superficiales; aunque no exactas, el comportamiento mostrado por el modelo

se considera representativo por la fidelidad con las similitudes planteadas. (Geométrica,

cinemática, dinámica, Froude, Reynolds.); esto se muestra en los resultados mostrados en el

título “Validación de los diseños mediante modelación” del apartado 12.4.

La modelación física como herramienta en la toma de decisiones:

El modelo físico es una representación aproximada de los fenómenos que sucederían en las obras

de control de agua superficiales en el talud de la quebrada La Volcana; tiene simplificaciones

para su dimensionamiento, comprensión y construcción; pero aun así permite recrear una

variedad de situaciones reales y potenciales; el modelo es una herramienta más para el proyecto,

es clave y fundamental para ver errores de diseño a tiempo y así evitar posibles futuros fallos o

simplemente indicar al diseñador como optimizar determinados recursos.

Para ingenieros novatos es muy importante realizar un modelo físico a escala reducida de sus

obras, pues tendrán la oportunidad de observar y estudiar fenómenos que están pasando en la

167

realidad, relacionando la incidencia de las variables en el modelo del talud se puede reunir

suficiente información como para formular criterios más generales de diseño en próximas obras,

la clave es entender todo el panorama para tomar las mejores decisiones.

Volviendo al caso de estudio, los autores se sienten satisfechos con los diseños después de ver el

comportamiento de las obras de control en el modelo, pero es destacable que este modelo

hidráulico permite ajustar diversas alternativas de dimensiones y ubicaciones relativas. Y realizar

cambios en el modelo es más rápido y económico respecto al prototipo.

De no sentirse satisfechos puesto que los resultados podrían arrojar posibles problemas locales,

se pueden plantear alternativas de solución a dichos problemas, casi tan inmediatamente como

modificar el talud.

La intervención de un talud es de un ámbito interdisciplinario y se deben relacionar variables de

distintas ramas de la ingeniería para dar soluciones acertadas a los problemas que puedan llegar a

presentarse, desde las condiciones físicas, geológicas y topográficas, hasta las hidrológicas,

además se debe saber de las normas que regulan estas distintas disciplinas.

Los cálculos usados en este trabajo de grado son verídicos, pero de querer replicarse este trabajo

en otro sitio, deben volver a calcularse todos los parámetros mostrados, pues estos pueden llegar

a ser diferentes, incluso si se trata del mismo sitio algunos parámetros pueden variar con el

tiempo y se deben tener estudios recientes.

El caudal recolectado por las obras de control de drenaje superficial, aunque a siempre vista

parezca mínimo, en lluvias prolongadas puede llegar a causar problemas de inestabilidad, por

poner un ejemplo 8 litros cada segundo en una lluvia de media hora equivalen a 14400 litros

acumulados en el talud que pueden ser desestabilizantes; así que se debe tener especial cuidado,

168

el objetivo principal del drenaje superficial es perfeccionar la estabilidad del talud, reduciendo la

infiltración y evitando cualquier tipo de desprendimiento.

El sistema de graderías es más eficiente para disipar energía, pero el canal rápido es más

económico y tiene mayor facilidad constructiva pues se construye con una pendiente igual a la

del talud; El criterio de decisión es cuestión del diseñador, por ejemplo, en este caso particular

debido al caudal tan reducido se realizaron los diseños con las dimensiones mínimas para mayor

economía, sabiendo que para un caudal minúsculo no es necesario disipar energía.

Numerosos fenómenos vistos en el medio ambiente y específicamente en campo de la hidráulica

y la geotecnia son tan complicados que no es factible tratarlos únicamente con métodos

matemáticos por lo anterior es favorable acudir al uso de modelos físicos que tienen la función

de brindar herramientas para la obtención de soluciones prácticas aplicadas a problemas del nivel

de una ingeniería

La escala del modelo se ajusta según los recursos disponibles, un modelo grande representa

mayor exactitud en la representación del fenómeno, pero también grandes inversiones

económicas, un modelo pequeño de igual manera puede personificar las situaciones reales si son

simples y es mucho más económico.

169

13. Referencias

AASHTO (2007), Highway drainage guidelines. Washington D.C. AASHTO (2007) Highway

drainage guidelines. Washington D.C.

ALFARO R; PACHECO, R. Aplicación de algunos métodos de relleno a series anuales de lluvia

de diferentes regiones de Costa Rica. In: Revista Tópicos Meteorológicos, [online] Vol. 7, No.1,

2000; p. 42-45 [citado: 2 Abril, 2007]

Álvarez, A, J. 1983; Geología de la Cordillera Central y el Occidente Colombiano y

Petroquímica de los Intrusivos Granitoides Mesocenozoicos: Ingeominas, Bol. Geol. 26, 2, 1 –

175.

American Society for Testing Materials. ASTM D1586 - 11. Standard Test Method for Standard

Penetration Test (SPT) and Split-Barrel Sampling of Soils

Barrero, D., y Vesga, C. 1978. Mapa geológico del Cuadrángulo K-9 Armero y parte del J-9 La

Dorada. Escala 1: 100.000. INGEOMINAS.

Blanco, Humberto & Lal, Rattan (2010). «Soil and water conservation». Principles of Soil

Conservation and Management. Springer. p. 2.

Blyth F.G.H., de Freitas M.H. (1984), “A Geology For Engineers - Sedimentary Rocks page”.

Edward Arnold London. Pp. 111-227.

Castaño, de Jesús; (2005), Estabilidad de taludes con aplicación en zonas húmedas tropicales,

Choco: Universidad Tecnológica del Chocó. Departamento de Ingeniería de Minas y Ambiental

170

Cengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de fluidos fundamentos y aplicaciones. México

D.F.: mcgraw-Hill/Interamericana editores, S.A. de C.V.

Chow, V. T.; Maidment, D. R.; Mays, L. W. (1988), Applied Hydrology, McGraw-Hill

International editions.

Corporación autónoma regional del Tolima. Cortolima (2009). Plan de Ordenación y Manejo

ambiental de la Microcuenca de las Quebradas Las Panelas y La Balsa. Ibague.

Corrigan, H.T. (1967): The geology of the Upper Magdalena Basin (Northern Portion). - Eight

Field Coni. Col. Soc. Petrol. Geol. & Geoph. Reprinted 1980 (pp. 221-251) in Geol. Field Trips

Colombia, Col. Soc. Petrol. Geol. & Geoph., Bogotá.

Das, B. M. (2014). Fundamentos de Ingeniería geotécnica. México Distrito Federal. Cengage

Learning Editores, S.A. DE C.V.

El Nuevo Día (2013). Ibagué se consolida como un baluarte comercial para el país. Recuperado

de: http://www.elnuevodia.com.co/nuevodia/tolima/ibague/197583-ibague-se-consolida-como-

un-baluarte-comercial-para-el-pais

Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA). (1991). Manual de mantenimiento. Bogotá D.C.,

Colombia. Grupo de Publicaciones SENA Digeneral.

El Tiempo (2012) Gulf En Ibagué Recuperado de:

https://www.eltiempo.com/archivo/documento/MAM-5449504

Equipo Ecos del Combeima. (4 de enero de 2018). Ecos Del Combeima. Obtenido de Ecos del

Combeima: http://www.ecosdelcombeima.com

http://www.elnuevodia.com.co/nuevodia/tolima/ibague/197583-ibague-se-consolida-como-un-baluarte-comercial-para-el-pais

http://www.elnuevodia.com.co/nuevodia/tolima/ibague/197583-ibague-se-consolida-como-un-baluarte-comercial-para-el-pais

https://www.eltiempo.com/archivo/documento/MAM-5449504

171

ESRI 2011. ArcGIS Desktop: Release 10. Redlands, CA: Environmental Systems Research

Institute.

EXGEN S.A.S E.S.P (2013). Diagnostico de las condiciones actuales de prestación del servicio

en el acueducto comunitario urbano de la ciudad de ibague.

EXGEN S.A.S E.S.P. (2013). Consultoría para la estructuración institucional, técnica, ambiental

y financiera del proyecto empresa de acueductos comunitarios urbanos de la ciudad de Ibagué.

Ibagué.

Fondo de prevención y atención de emergencias (FOPAE). (2006). Manual para la elaboración

de planes de emergencia y contingencias en aglomeraciones de público de carácter permanente.

Bogotá, Colombia. Alcaldía Mayor de Bogotá D.C.

García, J. (2013). Modelos hidráulicos – ficha seminaria. Madrid. Versión electrónica.

Universidad Politécnica de Madrid

Gerscovich, M.S., (2015), Estabilidad de taludes, Bogotá: Lemoine editores, 2015

González, A. J. (1999). Estimativos de Parámetros de Resistencia con el SPT. X Jornadas

Geotécnicas de la Ingeniería Colombiana, (p. 2). Colombia.

Gonzales, F y Ortegón J. (2016) Cálculo del caudal de la cuenca hidrológica de la quebrada

Guaguaqui, del departamento de Boyacá, por el método racional, Bogotá, Universidad distrital

Francisco José de Caldas.

Google (S.f.) Recuperado de https://www.google.com/maps/@4.4170182,-

75.2527623,682m/data=!3m1!1e3

https://www.google.com/maps/@4.4170182,-75.2527623,682m/data=!3m1!1e3

https://www.google.com/maps/@4.4170182,-75.2527623,682m/data=!3m1!1e3

172

HERD, Darrell.1974. Washington, Glacial and Volcanic Geology of the Ruiz-Tolima Volcanic

Complex, Cordillera Central- Colombia.

Instituto geográfico Agustín Codazzi (S.f.) Mapa del sistema nacional catastral. Recuperado de:

https://www.igac.gov.co/es/contenido/mapa-de-sistema-nacional-catastral

Instituto Nacional de Vías. INVIAS. (2014). Especificaciones generales de construcción de

carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras

Instituto Nacional de Vías. INVIAS. (2013). Normas de Ensayo de materiales para carreteras.

INV E – 154 – 13 Ensayo de corte directo en condición consolidada drenada (CD).

Irving, Earl. (1971). La evolución estructural de los andes más septentrionales de Colombia.

Boletín geológico de Ingeominas. Volumen XIX N°2.

KRICK, Edward V. Introducción a la Ingeniería y al Diseño en la Ingeniería. México. Limusa.

1989. 240p.

Leopold, L.B., Wolman, M.G., y Miller, J.P. (1964): Fluvial processes in geomorphology. W. H.

Freeman, San Francisco.

LEY #1096, 2000. Reglamento técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico,

Bogotá, Colombia, 17 de noviembre de 2000.

LEY #400, 1997. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente, Bogotá, Colombia,

19 de agosto de 1997.

Monsalve Sáenz, G. Hidrología en la Ingeniería. Bogotá, Colombia: Escuela Colombiana de

Ingeniería, 1999.

https://www.igac.gov.co/es/contenido/mapa-de-sistema-nacional-catastral

173

Murillo Muñoz, R., & Alpizar, A. G. (2015). Caracterización hidráulica de las alcantarillas de

alivio, mediante el uso de un modelo físico. San Pedro de Montes de Oca: Universidad de Costa

Rica.

Portafolio (2013) Cartagena, Cali e Ibagué tendrán world trade centers.

Programa de las naciones unidas para el desarrollo PNUD. (2014). Proyección de población a

partir del censo del DANE del año 2005.

Quintero, J. Morcote C. (2012). Metodología sostenible para el control de la erosión en laderas

naturales y taludes artificiales. Tunja, Colombia. Universidad Pedagógica y Tecnológica de

Colombia.

Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española (2014). «erosión».

Diccionario de la lengua española (23.ª edición). Madrid: España. Consultado el 27 de marzo de

2019.

Redacción El Nuevo Día. (13 de abril de 2017). El lío de los acueductos comunitarios de Ibagué.

El Nuevo Día, pág. 1.

Redacción IBAL. (5 de enero de 2018). Portal Web IBAL. Obtenido de IBAL:

http://www.ibal.gov.co

ROCSCIENCE.INC. (s.f.). SLIDE (V.6.009). TORONTO, CANADA.

Sanz, M.E., Avendaño, C. y Cobo, R. (1999). Influencia de los embalses en el transporte de

sedimentos hasta el río Ebro (España). En: Hydrological and geochemical processes in large-

scale river basins. HIBAM, Manaus.

174

Scháfer, A., (1959), Hidráulica y Construcciones Hidráulicas: Con Inclusión de Nuevos

Conceptos Teórico - Prácticos / A. Schafer, Barcelona: Editorial Labor

Secretaria Administrativa. (2015). Alcaldia De Ibague: Localizacion. Recuperado de

http://www.ibague.gov.co/portal/seccion/contenido/index.php?Type=3&cnt=53

Secretaria de planeacion. (2014). Documento técnico de soporte de la revisión ordinaria del plan

de ordenamiento territorial acuerdo 116 de 2000. Recuperado de http://cimpp.ibague.gov.co/wp-

content/uploads/2017/10/Documento-T%C3%a9cnico-de-Soporte.pdf

Secretaria De planeacion. (2015). Alcaldia De Ibague: Recuperado de http://www.ibague.gov.co

Sotelo Avila, Gilberto. (2002). Hidraulica de canales. Mexico. UNAM, Facultad de ingenieria.

Stephenson, W. (2013). Coastal Erosion. in Bobrowsky, P.T. Encyclopedia of Natural Hazards,

Springer Dordrecht, New York, New York.

Suarez Diaz, J. (1998). Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales.

Bucaramanga, Santander, Colombia: Ingeniería de Suelos Ltda..

Suarez Diaz, J. (2001). Control de erosion en zonas tropicales. Bucaramanga, Santander,

Colombia: División Editorial y de Publicaciones Universidad Industrial de Santander.

Suarez Diaz, J. (2017). Efectos del agua sobre los deslizamientos. Obtenido de Erosion:

http://www.erosion.com.co/efectos-del-agua-en-deslizamientos/41-efectos-del-agua-sobre-los-

deslizamientos.html

Toy, Terrence J. et al (2002). Soil Erosion: Processes, Predicition, Measurement, and Control.

John Wiley & Sons. p. 1.

http://www.ibague.gov.co/portal/seccion/contenido/index.php?type=3&cnt=53

http://cimpp.ibague.gov.co/wp-content/uploads/2017/10/Documento-T%C3%A9cnico-de-Soporte.pdf

http://cimpp.ibague.gov.co/wp-content/uploads/2017/10/Documento-T%C3%A9cnico-de-Soporte.pdf

http://www.ibague.gov.co/

http://www.erosion.com.co/efectos-del-agua-en-deslizamientos/41-efectos-del-agua-sobre-los-deslizamientos.html

http://www.erosion.com.co/efectos-del-agua-en-deslizamientos/41-efectos-del-agua-sobre-los-deslizamientos.html

175

Vallejo García, F. (2007). Responsabilidad profesional en la construcción de obras. Revista

Derecho del Estado, (20), 97-119.

Vergara Sánchez, M. A. (1995). Técnicas de modelación en hidráulica. México D.F.:

ALFAOMEGA Grupo Editor S.A.

Vergara, H., y Moreno, M. (1992). Estudio geológico geotécnico de la cuenca del río Combeima.

INGEOMINAS. Gobernación del Tolima-CRET. Ibagué. Colombia.

14. Anexos


Slide Analysis Information

SLIDE - An Interactive Slope Stability Program

Project Summary

File Name: 1perfil 0m.slim

Last saved with Slide version: 6.009

176

Project Title: SLIDE - An Interactive Slope Stability Program

Date Created: 02/10/2018, 2:29:16 p. m.

General Settings

Units of Measurement: Metric Units

Time Units: days

Permeability Units: meters/second

Failure Direction: Right to Left

Data Output: Standard

Maximum Material Properties: 20

Maximum Support Properties: 20

Analysis Options

Analysis Methods Used

Bishop simplified

Ordinary/Fellenius

Number of slices: 25

Tolerance: 0.005

177

Maximum number of iterations: 50

Check malpha < 0.2: Yes

Initial trial value of FS: 1

Steffensen Iteration: Yes

Groundwater Analysis

Groundwater Method: Water Surfaces

Pore Fluid Unit Weight: 9.81 kN/m3

Advanced Groundwater Method: None

Random Numbers

Pseudo-random Seed: 10116

Random Number Generation Method: Park and Miller v.3

Surface Options

Surface Type: Circular

Search Method: Grid Search

178

Radius Increment: 10

Composite Surfaces: Disabled

Reverse Curvature: Create Tension Crack

Minimum Elevation: Not Defined

Minimum Depth: Not Defined

Loading

Seismic Load Coefficient (Horizontal): 0.14

Material Properties

Property Alto Medio Bajo

Color

___

___

___

Strength Type Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb

Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.7 47.39 56

Friction Angle [deg] 30.45 29.76 29.05

Water Surface None None None

Ru Value 0 0 0

179

List Of Coordinates

Non-Circular Failure Surface

X Y

26.4446 18.092

37.6936 32.0883

External Boundary

X Y

34.8725 28.9472

30.408 24.816

29.4545 23.3328

27.9995 20.7594

26.4446 18.092

26.2952 17.8357

25.3625 17.3385

25.0733 17.1057

180

24.6317 17.0943

24.3996 17.0732

23.9414 16.5269

22.2515 14.2622

21.4928 13.2506

19.3842 11.951

18.6146 11.2301

17.2913 10.1535

16.2324 9.09241

16.0746 8.93428

12.1156 5.04231

8.22683 0.879908

8.18461 0.848394

8.15928 0.846031

6.9262 0.866887

5.22462 0.528924

4.30321 0.382083

4.18945 0.350185

3.14945 0.105083

1.5417e-005 -1.31609e-005

37.6936 -1.31609e-005

181

37.6936 9.09241

37.6936 18.092

37.6936 32.0883

Material Boundary

X Y

16.2324 9.09241

37.6936 9.09241

Material Boundary

X Y

26.4446 18.092

37.6936 18.092




Project Summary

182




Date Created: 02/10/2018, 2:32:55 p. m.

General Settings


Time Units: days






Analysis Options


Bishop simplified

183

Ordinary/Fellenius


Tolerance: 0.005









Random Numbers



Surface Options

184








Loading


Material Properties

Property Material 1 Material 2 Material 3

Color

___

___

___


Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56

185



Ru Value 0 0 0

List Of Coordinates

External Boundary

X Y

52.8715 46.7513

44.4791 39.7592

43.9913 39.1692

37.2762 34.6043

35.3487 33.7189

32.5396 33.3689

32.1921 31.1637

31.2251 28.7306

30.9493 27.8912

30.6313 26.7798

29.1743 25.3493

186

27.7887 21.7187

26.7382 18.0072

26.5886 17.4786

25.6117 17.4063

24.1444 17.3055

23.9791 17.3084

23.4713 17.2993

22.9029 17.0973

20.6474 14.821

17.4126 11.5468

16.393 10.9946

14.6339 9.03425

12.1927 6.31361

10.5404 4.95827

9.52611 3.92607

5.91497 0.745016

4.13149 0.438229

3.14941 0.105109

1.59606 0.053274

-2.59274e-005 1.26556e-005

53.3121 1.26556e-005

187

53.3121 9.03425

53.3121 18.0072

53.3121 46.6654

Material Boundary

X Y

14.6339 9.03425

53.3121 9.03425

Material Boundary

X Y

26.7382 18.0072

53.3121 18.0072




Project Summary

188




Date Created: 02/10/2018, 2:33:27 p. m.

General Settings


Time Units: days






Analysis Options


Bishop simplified

189

Ordinary/Fellenius


Tolerance: 0.005









Random Numbers



Surface Options

190








Loading


Material Properties


Color

___

___

___


Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56

191



Ru Value 0 0 0

List Of Coordinates

External Boundary

X Y

49.6568 45.1497

49.3647 45.1412

49.0082 44.6154

46.6389 39.9028

45.9611 39.4329

45.0966 39.2602

39.2401 36.4619

35.4744 32.6128

35.3688 32.4733

34.6889 30.4617

33.4989 25.4407

192

32.856 23.7421

31.7952 23.5263

30.2206 18.8085

28.0423 18.637

26.4254 18.3976

25.3596 18.3806

24.8762 18.3136

24.785 18.3167

24.4099 17.999

22.3237 16.9076

19.7993 14.7515

17.4088 12.4141

13.6674 9.02953

11.5667 7.12922

10.7225 6.37539

8.08293 3.47001

5.62429 0.707113

5.26746 0.645074

3.1494 0.105104

2.35657 0.0786474

-3.9422e-005 7.38504e-006

193

53.4819 7.38504e-006

53.4819 9.02953

53.4819 17.999

53.4819 45.7994

Material Boundary

X Y

13.6674 9.02953

53.4819 9.02953

Material Boundary

X Y

24.4099 17.999

53.4819 17.999




194

Project Summary




Date Created: 02/10/2018, 2:37:29 p. m.

General Settings


Time Units: days






Analysis Options

195


Bishop simplified

Ordinary/Fellenius


Tolerance: 0.005









Random Numbers



196

Surface Options








Loading


Material Properties


Color

___

___

___


197

Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56



Ru Value 0 0 0

List Of Coordinates

External Boundary

X Y

51.9647 41.9974

51.405 41.6028

44.2473 31.3152

42.9484 30.0113

38.4478 25.5933

37.1513 23.9688

33.7345 21.6165

33.2001 21.2745

30.7174 19.7264

198

30.5661 19.5777

30.2675 19.4023

28.2834 18.7406

26.1252 18.0516

26.0207 18.0181

19.7239 13.4742

18.5186 12.1123

15.0763 9.03728

13.7923 7.89017

11.9705 6.2806

11.2992 5.69993

7.13541 1.34252

5.93286 0.340241

4.69644 0.200037

3.14947 0.105102

1.97281 0.0658369

3.3086e-005 5.45476e-006

55.7571 5.45476e-006

55.7571 9.03728

55.7571 18.0181

55.7571 41.9623

199

Material Boundary

X Y

15.0763 9.03728

55.7571 9.03728

Material Boundary

X Y

26.0207 18.0181

55.7571 18.0181




Project Summary


200



Date Created: 02/10/2018, 2:42:13 p. m.

General Settings


Time Units: days






Analysis Options


Bishop simplified

Ordinary/Fellenius


201

Tolerance: 0.005









Random Numbers



Surface Options


202







Loading


Material Properties


Color

___

___

___


Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56



203

Ru Value 0 0 0

List Of Coordinates

External Boundary

X Y

53.9458 41.4407

53.4512 41.4506

42.2692 34.0353

41.3988 32.7864

39.9139 31.295

37.5381 29.0946

33.6286 24.8057

32.1436 24.0735

28.0944 20.989

27.0282 20.281

24.8261 18.8262

24.6455 18.8327

24.106 18.6799

204

23.7075 18.5779

23.0644 18.58

22.4457 18.4496

22.2742 18.2896

22.0419 17.9913

17.746 12.4761

17.5409 12.2196

16.7522 11.1943

16.6804 11.0554

14.8446 8.99172

14.5008 8.60521

10.782 4.7369

7.30846 1.31998

6.22289 0.291732

3.98486 0.105481

3.14943 0.163458

2.01957 0.0583615

53.9458 0.0583615

53.9458 8.99172

53.9458 17.9913

205

Material Boundary

X Y

14.8446 8.99172

53.9458 8.99172

Material Boundary

X Y

22.0419 17.9913

53.9458 17.9913




Project Summary




206

Date Created: 02/10/2018, 2:47:22 p. m.

General Settings


Time Units: days






Analysis Options


Bishop simplified

Ordinary/Fellenius


Tolerance: 0.005


207








Random Numbers



Surface Options




208





Loading


Material Properties


Color

___

___

___


Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56



Ru Value 0 0 0

209

List Of Coordinates

External Boundary

X Y

53.4646 42.3482

45.8177 37.5659

40.9874 32.6621

35.267 25.7887

33.9086 24.2307

32.1951 23.3037

28.5254 21.8876

25.1069 20.2515

24.8086 20.0948

24.5468 20.066

24.2111 19.9365

22.1932 18.0097

21.8695 17.7006

20.8514 16.8844

20.6727 16.692

20.4067 16.4367

210

17.2642 13.7912

17.0069 13.6683

15.2023 10.1788

14.3686 9.09492

10.8878 5.54563

10.1401 4.77054

10.0755 4.69697

5.43024 0.629297

5.18526 0.602632

3.14941 0.105086

3.00285 0.100195

-2.50498e-005 -1.02969e-005

54.0727 -1.02969e-005

54.0727 9.09492

54.0727 18.0097

54.0727 42.308

Material Boundary

X Y

14.3686 9.09492

211

54.0727 9.09492

Material Boundary

X Y

22.1932 18.0097

54.0727 18.0097




Project Summary




Date Created: 02/10/2018, 2:50:33 p. m.

General Settings

212


Time Units: days






Analysis Options


Bishop simplified

Ordinary/Fellenius


Tolerance: 0.005





213





Random Numbers



Surface Options








214

Loading


Material Properties


Color

___

___

___


Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56



Ru Value 0 0 0

List Of Coordinates

External Boundary

215

X Y

45.0176 36.1218

34.6731 27.2982

33.7065 26.225

31.2859 23.099

28.9888 20.653

27.9798 19.7173

27.6258 19.6268

25.9714 19.3661

25.6645 19.3173

23.931 19.2093

22.8704 18.0838

22.3139 17.4931

20.8141 15.9542

20.0057 15.2176

18.5324 14.0113

18.0698 13.7974

17.3131 12.4518

14.6033 9.00822

13.7772 7.9585

10.497 4.77657

216

8.13213 2.81411

5.40005 0.428575

5.06185 0.399439

3.11088 0.0984932

-2.02054e-005 -3.00829e-006

48.2115 -3.00829e-006

48.2115 9.00822

48.2115 18.0838

48.2115 35.79

Material Boundary

X Y

14.6033 9.00822

48.2115 9.00822

Material Boundary

X Y

22.8704 18.0838

48.2115 18.0838

217




Project Summary

File Name: 2perfil 10m CORREGIDO.slim



Date Created: 02/10/2018, 2:32:55 p. m.

General Settings


Time Units: days





218


Analysis Options


Bishop simplified

Ordinary/Fellenius


Tolerance: 0.005









219

Random Numbers



Surface Options








Material Properties


Color

___

___

___

220


Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56



Ru Value 0 0 0

List Of Coordinates

External Boundary

X Y

26.5886 17.4786

25.6117 17.4063

24.1444 17.3055

23.9791 17.3084

23.4713 17.2993

22.9029 17.0973

20.6474 14.821

17.4126 11.5468

221

16.393 10.9946

14.6339 9.03425

12.1927 6.31361

10.5404 4.95827

9.52611 3.92607

5.91497 0.745016

4.13149 0.438229

3.14941 0.105109

1.59606 0.053274

-2.59274e-005 1.26556e-005

53.3121 1.26556e-005

53.3121 9.03425

53.3121 18.0072

53.3121 44.2022

27.1172 18.0072

Material Boundary

X Y

14.6339 9.03425

53.3121 9.03425

222

Material Boundary

X Y

27.1172 18.0072

53.3121 18.0072




Project Summary

File Name: 3perfil 20mCORREGIDO.slim



Date Created: 02/10/2018, 2:33:27 p. m.

General Settings

223


Time Units: days






Analysis Options


Bishop simplified

Ordinary/Fellenius


Tolerance: 0.005





224





Random Numbers



Surface Options








225

Material Properties


Color

___

___

___


Unit Weight [kN/m3] 15.68 16.66 15.77

Cohesion [kPa] 46.78 47.39 56



Ru Value 0 0 0

List Of Coordinates

External Boundary

X Y

30.2206 18.8085

28.0423 18.637

226

26.4254 18.3976

25.3596 18.3806

24.8762 18.3136

24.785 18.3167

24.4099 17.999

22.3237 16.9076

19.7993 14.7515

17.4088 12.4141

13.6674 9.02953

11.5667 7.12922

10.7225 6.37539

8.08293 3.47001

5.62429 0.707113

5.26746 0.645074

3.1494 0.105104

2.35657 0.0786474

-3.9422e-005 7.38504e-006

53.4819 7.38504e-006

53.4819 9.02953

53.4819 17.999

53.4819 18.8085

227

53.4819 42.0699

Material Boundary

X Y

13.6674 9.02953

53.4819 9.02953

Material Boundary

X Y

24.4099 17.999

53.4819 17.999

Material Boundary

X Y

30.2206 18.8085

53.4819 18.8085

JEFER HERNAN CASTRO JIMENEZ CRISTIAN SAMUEL RIVERA …

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