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Dise�o de Estabilidad de talud del sector de la Simbocal, v�a Margarita-San Vicente, provincia de Manab�

 

Slope stability design of the Simbocal sector, Margarita-San Vicente road, province of Manab�

 

Dimensionamento de estabilidade de taludes do setor Simbocal, estrada Margarita-San Vicente, prov�ncia de Manab�

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: egomez4491@utm.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 11 de enero de 2024 *Aceptado: 20 de febrero de 2024 * Publicado: �13 de marzo de 2024

 

        I.            Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

      II.            Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

   III.            Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

 

Resumen

En las zonas geogr�ficas propensas a movimientos del suelo, como la provincia de Manab�, el dise�o y la estabilidad de taludes son elementos cruciales para garantizar la seguridad de las infraestructuras viales. La v�a Margarita-San Vicente, espec�ficamente en el sector de la Simbocal, presenta una problem�tica significativa en cuanto a la estabilidad de sus taludes, lo que ha suscitado preocupaciones tanto a nivel de seguridad vial como de sostenibilidad de la infraestructura. El objetivo principal de esta investigaci�n es abordar y resolver las cuestiones de estabilidad del talud en el sector de la Simbocal, desarrollando un dise�o que no solo mejore la seguridad de la carretera, sino que tambi�n garantice la resistencia frente a posibles eventos geot�cnicos. Para lograr este objetivo, se llevar� a cabo una metodolog�a que incluir� el an�lisis de las condiciones geot�cnicas del terreno, la evaluaci�n de la topograf�a local y la utilizaci�n de herramientas de modelado y simulaci�n geot�cnica. Adem�s, se llevar�n a cabo pruebas de laboratorio para comprender mejor las propiedades del suelo en la zona. Los resultados esperados de esta investigaci�n brindar�n a las autoridades locales y planificadores viales las herramientas necesarias para abordar de manera efectiva las preocupaciones de estabilidad y seguridad en esta importante v�a de la provincia de Manab�.

Palabras clave: Estabilidad de talud; V�a Margarita-San Vicente; Simbocal; Provincia de Manab�; Dise�o geot�cnico.

 

Abstract

In geographical areas prone to ground movements, such as the province of Manab�, the design and stability of slopes are crucial elements to guarantee the safety of road infrastructure. The Margarita-San Vicente road, specifically in the Simbocal sector, presents a significant problem in terms of the stability of its slopes, which has raised concerns both in terms of road safety and infrastructure sustainability. The main objective of this research is to address and resolve slope stability issues in the Simbocal sector, developing a design that not only improves the safety of the road, but also guarantees resistance to possible geotechnical events. To achieve this objective, a methodology will be carried out that will include the analysis of the geotechnical conditions of the terrain, the evaluation of the local topography and the use of geotechnical modeling and simulation tools. Additionally, laboratory tests will be carried out to better understand the soil properties in the area. The expected results of this research will provide local authorities and road planners with the necessary tools to effectively address stability and safety concerns on this important road in the province of Manab�.

Keywords: Slope stability; Via Margarita-San Vicente; Symbocal; Province of Manab�; Geotechnical design.

 

Resumo

Em zonas geogr�ficas propensas a movimentos de solo, como a prov�ncia de Manab�, o desenho e a estabilidade dos taludes s�o elementos cruciais para garantir a seguran�a das infra-estruturas rodovi�rias. A estrada Margarita-San Vicente, especificamente no sector Simbocal, apresenta um problema significativo em termos de estabilidade das suas encostas, o que tem suscitado preocupa��es tanto em termos de seguran�a rodovi�ria como de sustentabilidade das infra-estruturas. O principal objetivo desta pesquisa � abordar e resolver problemas de estabilidade de taludes no setor Simbocal, desenvolvendo um projeto que n�o s� melhore a seguran�a da estrada, mas tamb�m garanta resist�ncia a poss�veis eventos geot�cnicos. Para atingir este objetivo ser� realizada uma metodologia que incluir� a an�lise das condi��es geot�cnicas do terreno, a avalia��o da topografia local e a utiliza��o de ferramentas de modelagem e simula��o geot�cnica. Al�m disso, ser�o realizados testes laboratoriais para melhor compreens�o das propriedades do solo da �rea. Os resultados esperados desta investiga��o fornecer�o �s autoridades locais e aos planeadores rodovi�rios as ferramentas necess�rias para abordar eficazmente as preocupa��es de estabilidade e seguran�a nesta importante estrada na prov�ncia de Manab�.

Palavras-chave: Estabilidade de taludes; Via Margarita-San Vicente; Simb�lico; Prov�ncia de Manab�; Projeto geot�cnico.

 

Introducci�n

La estabilidad del talud est� determinada por factores geom�tricos, como su altura e inclinaci�n; factores geol�gicos; hidrogeol�gicos; y geot�cnicos. De esta manera, la combinaci�n de estos cuatro factores puede determinar la condici�n de rotura del terreno en alg�n tipo de superficie, permitiendo el movimiento de la masa contenida en dicha superficie (Idrogo, 2021). Ram�rez y Acosta (2022), establece que para hacer el an�lisis de un talud es necesario primero conocer las caracter�sticas que lo componen en sus diferentes estados, esto con el fin de identificar y dar la soluci�n de estabilidad para cada caso. Bajo este contexto Valiente Sanz et al., (2016) nos menciona que en la evaluaci�n de la estabilidad de los taludes se abordan fen�menos de estado �ltimo o de rotura de masas de suelo. Los agentes externos responsables de la inestabilidad son una fuerza de masa, el peso y, eventualmente, los efectos de filtraci�n, a los cuales hay que a�adir otros factores como las sobrecargas (est�ticas/ din�micas).

A nivel mundial, Mora y Rojas (2012), establece que muchos de los taludes que permanecen estables durante muchos a�os pueden presentar deslizamientos cuando ocurre un sismo de gran magnitud donde no s�lo intervienen caracter�sticas litol�gicas, geom�tricas y mec�nicas del talud, sino tambi�n el r�gimen de lluvia, evaporaci�n e infiltraci�n del sitio. En Am�rica Latina 152 millones de latinoamericanos y caribe�os han sido afectados por 1205 desastres de los cuales la regi�n ha experimentado 75 terremotos, que han resultado en 226.000 muertes y 339.000 heridos. En total, los fen�menos tel�ricos han afectado a 14 millones de personas y causados da�os de hasta 54.000 millones de d�lares�(ONU, 2020). En Ecuador, la inestabilidad de taludes ha causado grandes p�rdidas econ�micas, humanas y ambientales (Mac�as et al., 2021), como los suscitados en el terremoto de magnitud 7.8 del 16 de abril de 2016, el cual dio como resultado el empuje poco profundo de las fallas, ejerciendo las fuerzas deslizantes elevando la inestabilidad de los taludes, provocando una licuaci�n en los suelos por falla o por corte (SGR, 2016).

Dentro de Manab�, la sismicidad es muy activa, lo que da origen a que se produzcan sismos de magnitudes variadas que pueden influir en el relieve de los sectores, produciendo deformaciones y fallas (Vaca et al., 2009). El sector de la Simbocal se caracteriza por ser una zona morfol�gicamente moderada a abrupta y que debido a la existencia de las aguas superficiales han dado lugar a la formaci�n de sitios inestables con aparecimiento de grietas y fisuras.

Seg�n Ministerio de Transporte y Obras Publicas Sub secretaria Zonal 3 (2018), se conoce que el sector presentaba inestabilidad en sus suelos, pero luego del terremoto del 16A en la costa oeste del norte de Ecuador dio como resultado el empuje poco profundo de las fallas, por lo que las fuerzas deslizantes de un talud elevan su inestabilidad, posteriormente provocar�a licuaci�n en los suelos por falla o por corte. �Seg�n la consultora Acolit en el 2019 investigo a fondo este sitio, donde localizo 3 fallas, que presenta grietas y cuerpos desplazados con buzamientos pronunciados con disposici�n horizontal. Es provechoso el desenvolvimiento de esta investigaci�n ya que es necesario examinar las fallas m�s comunes que se presentan para luego proponer una posible soluci�n mediante m�todos de c�lculo computarizados. Desde el punto de vista de Patricio (2021) menciona que, la modelaci�n matem�tica de un talud se realiza para analizar las condiciones de estabilidad, seguridad y funcionalidad de un determinado talud.

La aplicaci�n de t�cnicas geof�sicas en la investigaci�n de taludes permite potencialmente posible identificar y definir la superficie de rotura de dicho deslizamiento, dependiendo de las condiciones del talud, los materiales que lo componen y el contraste en el par�metro analizado (H�rlimann y Pinyol, 2022). Por ello dentro de esta investigaci�n se propone la modelaci�n matem�tica por medio del Programa GeoSlope, el cual funciona como un analizador de estabilidad de taludes en suelos con sin cohesi�n bajo m�todo tradicionales de geotecnia, este programa nos ayuda a conocer los deslizamientos del talud y examinar la rotura progresiva. En condiciones s�smicas lleva a cabo tanto el an�lisis est�tico como el din�mico (Pineda, 2021). Con base en lo dicho, este estudio surge con la finalidad de identificar zonas susceptibles a deslizamientos de tierra en el sector de la Simbocal, v�a Margarita-San Vicente y la determinaci�n de criterios edafoclim�ticos. As� mismo, la importancia de los resultados radica en el inter�s de prevenir y evitar la afectaci�n, adem�s, de poder ser incluido en un atlas de riesgo para implementar medidas preventivas y de control.

Por lo que es posible realizar un dise�o de talud mediante GeoSlope que ayude a minimizar los posibles riesgos a deslizamientos, por ello el objetivo general de la investigaci�n es dise�ar la estabilidad del talud en el lugar de estudio que evite futuras amenazas y riesgos que afecten de manera significativa a la poblaci�n del sector de la Simbocal.

 

Materiales y M�todos

Enfoque y tipo de la investigaci�n

El tipo de estudio es experimental porque se analiz� la estabilidad del talud del sector de la Simbocal, v�a Margarita-San Vicente mediante ensayos de laboratorio, de campo y bajo c�lculos de sistematizados. Contado con un enfoque cuantitativo y de alcance descriptivo, donde se obtiene datos a trav�s de la experimentaci�n y los compara con variables constantes.

 

Localizaci�n del �rea de estudio

El �rea del estudio est� ubicada a la altura de la abscisa 9+700 en la carretera San Antonio � San Vicente, en la provincia de Manab�, y forma parte de la red vial Estatal como v�a colectora que une los corredores arteriales E15, a misma que se sit�a entre las coordenadas geogr�ficas:

Tabla 1. Localizaci�n del �rea de estudio

 

Su trazado recorre la margen derecha de estuario del R�o Chone a lo largo de terrenos llanos y ondulados.

 

Caracterizaci�n de �rea de estudio

Durante el periodo invernal el sector de Simbolcal en la margen derecha de la carretera que conduce desde San Antonio con direcci�n a San Vicente, mantiene deslizamientos hundimientos y agrietamientos que durante varios a�os se han visto afectadas las viviendas construidas muy cerca a este deslizamiento. El sector se caracteriza por disponer de superficies irregulares cortados por diferentes esteros de r�gimen intermitente con pendientes suaves a moderadas, su altitud media se halla entre los 15 msnm. El acceso a la zona de estudio es posible a trav�s de la carretera de p�simas condiciones desde San Antonio - San Vicente, la zona cr�tica se ubica en lado derecho de dicha v�a.

 

Metodolog�a

Propiedades f�sicas y mec�nicas del suelo

Dentro del an�lisis de estabilidad en v�as es necesario delimitar la zona de influencia en detalle, para lo cual se ejecut� un levantamiento topogr�fico georreferenciando el talud del sector, se realizaron calicatas a cielo abierto a profundidades de 0.50, 1.00 y 1.50 metros desde el nivel de la subrasante determinando valores esenciales como el Limite Liquido (LL), Limite Plastico (LP), Indice Plastico (IP), contenido de humedad, clasificaci�n SUCS, clasificaci�n ASTHTO, Proctor y CBR, conjuntamente se analiz� un Sondeos El�ctrico Vertical el cual es un m�todo geof�sico mediante que genera un campo el�ctrico artificial mediante la emisi�n de corriente continua en dos electrodos de emisi�n A y B. A su vez se mide la diferencia de potencial en dos electrodos M y N, para esta pr�ctica se utiliz� el m�todo SCHLUMBERGER para espaciamientos de electrodos de emisi�n- corriente que fluctu� los 140m de AB como se

Figura 1.� Formula de resistividad aparente

 

Simbolog�a

A y B Electrodos de corriente�����������

M y N Electrodos de potencia

L/2 Distancia media entre electrodos

 

An�lisis el talud aplicando el m�todo de Fellenius/Petterson mediante el uso del software GEO-SLOPE

El programa Geoslope es un software de modelamiento de estabilidades de pendientes, la deformaci�n del suelo, la transferencia de calor, masa en suelo y roca donde se realiza los c�lculos para obtener factor de seguridad a partir de la teor�a del equilibrio l�mite. permite analizar casi cualquier problema de estabilidad de pendientes que pudiera surgir en su proyecto de ingenier�a geot�cnica, civil y minera�(GEOSLOPE, 2020).Dentro de esta investigaci�n se utilizar� la versi�n GeoSlope 2012 para el an�lisis del talud, donde se aplic� el m�todo de c�lculo de Fellenius/Petterson en base a los datos obtenidos mediante la extracci�n de muestras con las cuales se pudieron determinar las caracter�sticas de los distintos estratos de suelo mediante la clasificaci�n SUCS ,determinaci�n de los l�mites de Atterberg �y peso espec�fico, adem�s se calcularon par�metros de resistencia mediante ensayos triaxiales como son: cohesi�n, �ngulo de fricci�n interna y peso espec�fico. Es posible adem�s agregar datos de vol�menes de sedimentos con la finalidad de mejorar la calidad de los resultados (Casanova et al., 2024).

 

M�todo de Fellenius/Petterson, c�lculo del factor de seguridad

Para el an�lisis de alternativas de estabilizaci�n del talud en el sector de Simbolcal se utiliz� el programa Geo-Slope basado en criterios como: los sitios cr�ticos de deslizamiento, propiedades mec�nicas de los suelos y condiciones de carga. La metodolog�a de c�lculo est� dada por el m�todo Fellenius/Petterson, el cual consiste en asumir superficies y determinar la falla circular, la falla circular consiste en dividir el �rea en dovelas y as� obtener las fuerzas actuantes y resultantes como se ilustra en la figura 2.

 

 

 

 

 

 

Figura 2. Distribuci�n de dovelas por el m�todo de Fellenius.

 

El factor de seguridad se calcula en condiciones iniciales est�ticas y din�micas para probar la estabilidad del talud, de acuerdo al factor obtenido inicialmente y a las condiciones del terreno, se aplicar�n las medidas correctivas, de manera de elevar el factor de seguridad del perfil en estudio. De acuerdo a la NEC�(NEC, 2014) usamos el factor de seguridad de FS=1,50.

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Donde:

C: Cohesi�n (Tn/m2)

sen: Seno del angulo de la dovela

cos:Coseno del angulo de la dovela.

B: base (m)

H:Altura(m)

L: b/ cos: longitud de cada dovela (m)

A: b*A:�rea de cada dovela� (m2)

W: Peso de cada dovela(kg/m2)

Hw: altura del agua fuera del talud (m)
u= presi�n de poros

 

Resultados

Analizando los resultados obtenidos de la toma de muestra de diferentes sectores del talud se presenta alteraciones que determinaron los siguientes resultados

 

CALICATA	PROFUNDIDAD(m)		Fc	% LL	% IP	% w	SUCS	AASHTO	PROCTOR Kg/m3	C.B.R. %	DESCRIPCION DEL SUELO
	DE	A
1	0	0.5	67.45	27.28	40.16	22.72	CH	A-7-6	1593	3.40%	Arcilla inorg�nica de alta plasticidad.
	0.5	1	66.89	28.10	38.79	30.68	CH	A-7-6			Arcilla inorg�nica de alta plasticidad.
	1	1.5	65.94	24.08	41.87	30.65	CH	A-7-6			Arcilla inorg�nica de alta plasticidad.
2	0	0.5	56.24	23.90	32.34	39.65	CH	A-7-6	1593	2.78%	Arcilla inorg�nica de alta plasticidad.
	0.5	1	52.27	26.03	26.24	50.10	CH	A-7-6			Arcilla inorg�nica de alta plasticidad.
	1	1.5	55.81	24.40	31.41	23.94	CH	A-7-6			Arcilla inorg�nica de alta plasticidad.
3	0	0.5	45.24	28.60	16.63	20.22	ML	A-7-6	1568	3.10%	Limo inorg�nico limo arenoso o arcilloso ligeramente pl�stico
	0.5	1	47.81	28.60	19.21	17.84	ML	A-7-6			Limo inorg�nico limo arenoso o arcilloso ligeramente pl�stico
	1	1.5	53.81	23.15	30.66	17.84	CH	A-7-6			Arcilla inorg�nica de alta plasticidad.

Tabla 2. Resultados obtenidos de las pruebas de laboratorio de 3 calicatas

 

Los valores de resistividad el�ctrica y correlacion�ndolos con la Geolog�a del sector se dispone que son suelos vegetales arcillosos, con mezcla de limos y arenas de diferente granulometr�a como se muestra en la tabla 3.

 

Tabla 3. Sondaje el�ctrico vertical

 

El ensayo de Sondeo El�ctrico Vertical dio los siguientes resultados:

Estrato I: suelo con presencia de capa vegetal, arcilloso y limoso

Estrato II: arcillas limosas

estrato III: arcillas limolitas

estrato� IV: arcillas arenosas/limosas.

 

Analizar el talud mediante el uso del software GEO-SLOPE

Establecer el factor de seguridad.

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 4. An�lisis de resultados de software Geoslope

 

 

El talud se considera no estable dado que no cumple con lo requerido ya que la relaci�n de fuerzas resistente y fuerzas desestabilizadoras tiene un FS de 0.85, es por ello que se modifica la secci�n geometr�a para poder dar estabilidad al talud cuyas dimensiones ser�n de 1:1.5, superando el factor de seguridad de acuerdo a la norma. La inclinaci�n recomendada para el talud es realizar un corte con relaci�n 1:1.50 con alturas de corte no mayores a 30 metros, a su vez construir terrazas de 5 metros de ancho y cunetas revestidas al pie de talud

 

Conclusiones

�         La investigaci�n comprob� que existe falla, exponiendo que existe un potente sedimento en riesgo de deslizamiento.

�         El material a deslizarse son suelos arcillosos sueltos que tienen humedad relativa.

�         Existen grietas provocadas por acci�n de la lluvia que alimentan el deslizamiento de la zona.

 

Referencias

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� 2024 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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