Análisis y Diseño Geotécnico de bordos.pptx

Análisis y Diseño Geotécnico de
Bordos de Protección
M.I. Héctor A. de la Fuente Utrilla
M.I. Mario A. Sánchez Solís
Junio 2013

1. Aspectos generales
2. Mecanismos de fallas
3. Criterios de diseño preliminar
4. Recomendaciones de diseño y construcción
de bordos
CONTENIDO
M.I. Héctor de la Fuente Utrilla
hdelafuente.soilsolution@gmail.com
M.I. Mario Sánchez Solís
msanchez.soilsolution@gmail.com
Tel. Oficina: 01 (993) 1-41-27-8
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de bordos
CONTENIDO
Tel. Oficina: 01 (993) 1-41-27-8
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4
1.1) Definición y nomenclatura

5
Un bordo de protección es una “estructura hecha por el hombre,
usualmente un terraplén de suelo compacto, diseñada para contener,
controlar o desviar el flujo de agua a fin de proporcionar protección
frente a inundaciones temporales” (FEMA, 2009)
Definición

6
En la literatura los bordos de protección son algunas veces referidos como diques o
albarradón (ASCE, 2009; CONAGUA, 2011).
Año 1449 d.c
Definición

7
*Sinónimo: Talud exterior, lado húmedo del terraplén
**Sinónimo: Talud interior, lado seco del terraplén
Aguas arriba*
Aguas abajo**
Nomenclatura

8
1.2) Tipos de bordos de protección

9
(2) Bordos de protección
contra inundaciones
marítimas
Fuente: Pohl Martin (2011). Federal Waterways Engineering and
Research Institute. Deltares. International Course:
“Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The
Netherlands.
(a) Bordos marginales
(b) Bordos perimetrales
(1) Bordos de protección contra
inundaciones fluviales
(3) Bordos de
almacenamiento
Lago Nabor Carrillo
Tipos de bordos

10
 Confinan el agua entre los bordos y
protegen simultáneamente varias
ciudades o campos ganaderos y
agrícolas
 Trasladan las avenidas hacia aguas
abajo al no permitir desbordamiento
 Se construyen a lo largo del río
o paralelo a la margen del cauce
Bordos marginales

11
 Si el río desarrolla meandros, los bordos
no deben seguir el alineamiento del eje
del río sino que se deben colocar dos
bordos paralelos que sigan la dirección
general del río de tal forma que todos los
meandros queden entre ellos
Bordos marginales

12
 En estos casos los efectos aguas arriba
de este tipo de bordos son mayores ya
que se cuenta con un cuerpo de agua a
un nivel elevado permanente durante
todo el año.
 En ocasiones, las invasiones
humanas en zonas inundables,
obligan que los bordos
longitudinales sigan el
lineamiento de los ríos, inclusive
si éste desarrolla meandros.
Bordos marginales

13

14
 Los bordos marginales también
se pueden formar con paredes
verticales, normalmente de
acero o de concreto, por
ejemplo tablaestacas o muros
de contención.
 Se utilizan, cuando los taludes de
terraplenes son muy tendidos y por tanto,
el volumen de obra resulta ser demasiado
grande; o cuando no hay espacio
disponible para construir un bordo.
Bordos marginales

15
Siglo XIX

16
Tablaestaca
de acero
Muro de
concreto

18
 Siguen el perímetro de la población
 Utilizados para rodear parcial o
completamente centros de población
establecidos cerca de ríos
Ventajas:
• Longitud y altura menor,
• El talud se protege con pasto de la
región o grava limpia,
• El talud exterior se mantiene seco la
mayor parte del año
POR TANTO ES UNA SOLUCIÓN MÁS
ECONÓMICA
Bordos perimetrales

19
Bordos perimetrales

20
Debido a que el bordo es una
frontera entre el poblado y el río, el
agua de lluvia que caiga dentro de
la zona deberá ser drenada con
soluciones viables que dependerán
del volumen de escurrimiento
esperado
Bordos perimetrales

21
Agua solo en época de lluvias
Bordo“Aeropuerto”
Falta de drenaje

de bordos
CONTENIDO
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22

23
2.1) Causas debidas a fuerzas hidráulicas

24
a) Erosión fluvial
hasta el pie del talud
Mecanismos de falla

25
a) Ejemplo visual de socavación producida
por la corriente

26
a) Erosión fluvial
(continuación)
Mecanismos de fallas

27
a) Erosión fluvial
hasta el pie del talud
Río Carrizal (2007)

28
 La erosión interna es la eliminación de las
partículas del suelo como consecuencia del
flujo de agua a través de un medio poroso.
b) Erosión interna y tubificación a través del bordo de protección
 Es más probable que empiece en los puntos
de salida de la filtración. Al avanzar el
proceso, se generaran concentraciones de
flujo y gradientes hidráulicos cada vez
mayores, a partir de la cual se desarrolla en
el suelo una vía continua para el agua y la
falla de la estructura es inminente
(tubificación retrógrada).
Grano de suelo
Fuerza de filtración
Flujo de agua perturbado
por el grano
Flujo de agua

29
Las causas principales son dos:
1) Deficiencia en el diseño;
2) Causas ajenas al diseño (algunos
animales sitúan su madriguera cerca de
los taludes del bordo o debido al
crecimiento de raíces de árboles).
b) Erosión interna y tubificación a través del bordo de protección
(continuación)

30
Erosión interna y tubificación

31

32

33

34
c) Flujo a través del suelo de cimentación
 Si el suelo de cimentación corresponde a un
material altamente permeable, el agua
puede fluir rápidamente a través del
mismo conforme la carga hidráulica del
nivel de la reserva aumenta.

35
c) Flujo a través del suelo de cimentación (Continuación)
1. Conforme el nivel del río aumenta, se
incrementan los gradientes
hidráulicos (i=Dh/L=v/k) al pie del
talud interior del bordo
1. El gradiente hidráulico alcanza el
máximo (ic=g´/gw) y el agua sale a
presión a través de las grietas en la
superficie
1. Las partículas de arena son
transportadas a través de ese
conducto

36
Al punto de salida se le conoce
como “SAND BOIL”

37
c) Flujo a través del suelo de cimentación (continuación)
4. El proceso continua y se desarrolla el
conducto de tubificación
5. La erosión excesiva daña al bordo
4. Falla inminente del bordo

38
Bordo
Conducto
Granos de arena
Granos
en equilibrio

39
 Este flujo puede resultar en fallas catastróficas debido a que al irse
erosionando el suelo de cimentación se crearán espacios vacíos y dejará de
funcionar como soporte del terraplén.
Erosión
progresiva
Colapso del
terraplén

Arcilla
Arena parcialmente saturada
40
d) Subpresión
vel del rio estable y arena parcialmente saturada
2) Nivel del río aumenta y comienza a saturar la arena
Arcilla
Arena saturada

41
d) Subpresión (continuación)
3) Nivel del río aumenta más y el agua comienza a ejercer presión sobre la capa impermeable
Wb
4) Si Wt<γUw; Ocurrirá un levantamiento y desplazamiento del bordo
Ws

42
5) Conforme el proceso avanza, el agua comenzará a fluir a través de la zona mas débil
del estrato de arcilla

43
6) Al avanzar el proceso se crearán concentraciones de flujo que irán erosionando el
material dando lugar a la tubificación
7) Los espacios vacíos creados se pueden derrumbar con el peso del bordo

44
8) Finalmente, el agua comenzará a salir por los conductos en la superficie
permitiendo la inundación del otro lado del bordo

45
2.2) Degradación de la superficie

46
a) Desbordamiento del bordo por acumulación de sedimentos
Cauce
Bordo
marginal
Bordo
marginal
Bordo
marginal
Bordo
marginal
Sedimento
1) Al construir los bordos permitimos que la superficie del agua en condiciones
extraordinarias quede por arriba del nivel en el que habita la población alrededor del
cauce
2) Conforme el río va sedimentando, puede llegar a ocurrir que el fondo del cauce quede
por arriba del nivel de la población alrededor del río, lo que llega a facilitar el
desboramiento del bordo ante una creciente cualquiera.

47
b) Desbordamiento del bordo por altura de diseño deficiente
(continuación)
Nivel del agua >Altura total del bordo

48
b) Desbordamiento del bordo por altura de diseño deficiente: Proceso
1) El flujo de agua excede la altura del bordo de protección

49
2) El agua arrastra las partículas de la corona del bordo y el talud interior

50
3) Si el bordo es de arena o limo, puede ser erosionado en su totalidad y provocar una
brecha o apertura

51
CONSECUENCIAS DEL DESBORDAMIENTO:
 Causa erosión en la
corona y el talud interior
del bordo
 Satura la cubierta arcillosa
por lo que se pierde
resistencia y causa
inestabilidad
 Inundación

52
CONSECUENCIAS DEL DESBORDAMIENTO:

53
PUNTOS DÉBILES DEL BORDO DE PROTECCIÓN
 Zonas con ausencia de
cubierta vegetal son las más
vulnerables de la estructura
durante el desbordamiento
 Se necesitan medidas extras
para su reconstrucción y
mantenimiento
Mecanismos de falla

54
c) Erosión por escurrimiento superficial
Revestimiento incompleto
Erosión
Bordo perimetral “Aeropuerto”

55
c) Erosión por escurrimiento superficial (continuación)
Bordo perimetral Gaviotas
Erosión

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2.3) Causas estructurales

57
a) Impacto estructural
 Ocurre cuando un objeto físico choca
contra el bordo de protección.
 Por ejemplo, durante un huracán, los
barcos se sueltan de sus amarras y se
impactan contra la estructura; o
simplemente por error del operador del
bote

58
New Orleans (2005)

59
New Orleans (2005)

Círculo de falla
Zona de inestabilidad
Zona de perturbación
de la tubería
Cráter de erosión
60
b) Daño causado por tuberías
Tubería
 El agua proveniente de la tubería rota puede provocar
erosión y disminución de la resistencia del subsuelo en
la zona de inestabilidad favoreciendo la falla del talud.
 El mínimo desplazamiento del talud puede llegar a
romper la tubería que se encuentre cerca del pie,
favoreciendo a su deslizamiento y así el colapso total de la
estructura

61
Tubería de drenaje
Bordo SAM´S CLUB
Una tubería rota puede
generar un empuje
hidroestático que facilita
la falla del talud.

62
c) Daños ocasionados por árboles
Los árboles desplantados sobre la corona
del bordo ó cerca de pie del talud pueden
ocasionar daños significantes a la estructura:
 Bajo condiciones de fuertes vientos, los
árboles pueden ser arrancados del suelo
y crear así un espacio vacío que puede
desestabilizar a los bordos
 El deslizamiento de bordos con arboles
puede ocasionar el desprendimiento de
grandes bloques de suelo complicando la
situación
 El sistema de raíces crean canales
preferentes de tubificación.
Para mitigar este impacto en la medida de lo
posible, Briaud (2011) recomienda plantar los
árboles lejos del pie del talud interior del
bordo de protección a una distancia de por lo
menos 15 metros.

63
Ixtacomitán (2013)

64
d) Asentamientos por la presencia de suelos blandos
Turba

65
Hundimiento Falla del
material

66
e) Agrietamiento superficial por secado
 Estas grietas afectan los suelos
arcillosos de superficie sometidos a
ciclos periódicos de humedecimiento y
secado
 Al reducirse el contenido de agua de
los materiales superficiales expuestos a
la evaporación, se generan tensiones
crecientes en el agua (tensión capilar) y
compresiones crecientes en el suelo y
por tanto una contracción volumétrica
igual a la suma de las deformaciones
unitarias (Auvinet, 2008)
 Este efecto es favorecido por la
presencia de árboles
 Un ejemplo bien conocido es el
agrietamiento que al secarse, presentan los
lodos depositados sobre el terreno natural.
Se llama “piel de cocodrilo”

67
e) Agrietamiento superficial por
secado superficial

68
f) Agrietamiento por fracturamiento hidráulico
 Son causa de la propagación de
grietas superficiales bajo el efecto de
presiones hidráulicas internas
desarrolladas por los encharcamientos
superficiales bruscos que se presentan
durante las primeras lluvias
Encharcamiento
(a) (b) (c)
(a) Grieta incipiente por secado,
asentamiento diferencial, etc
(b) Generación de presión interna
por encharcamiento
(c) Fracturamiento hidráulico y
propagación de la grieta
Mecanismos de falla

69
f) Agrietamiento por fracturamiento hidráulico (continuación)
 En la misma forma, se ha
observado (ICA, 2008) que un
incremento rápido del tirante de
agua resulta suficiente para
generar agrietamiento longitudinal.
Grieta de tensión
 Una presión hidráulica interna de unas cuantas
toneladas por metro cuadrado es suficiente
para provocar la propagación vertical y
horizontal de una grieta (Auvinet y Arias,
1991)
Mecanismos de falla

70
Laguna Casa Colorado, Texcoco
 Las grietas longitudinales se
propagan a lo largo de las
fronteras entre zonas de
diferentes materiales o diferente
compresibilidad
g) Agrietamiento longitudinal inducido por deformación de la masa
del suelo  Al construir los bordos en suelos
blandos, la carga aplicada rompe o
reacomoda las particulas y da lugar
a grandes esfuerzos de cortante en los
contactos entre materiales de
diferente compresibilidad, que
pueden ser suficientes para crear
tensión que dan lugar a grietas
longitudinales aproximadamente
paralelas al terraplén
Mecanismos de falla

71
g) Agrietamiento inducido por deformación de la masa del suelo
 Es común observar también
grietas en la parte inferior del
talud propio del terraplén,
propiciadas por la mayor
rigidez del material
compactado del terraplén
respecto a la arcilla blanda
subyacente
Grietas inducidas en la superficie del terreno natural
por el peso del terraplén (Laguna Casa Colorado,
Texcoco)
Mecanismos de falla

72
h) Agrietamiento transversal inducido por deformación de la masa
del suelo
 Las grietas transversales ocurren
cuando los estratos compresibles de la
cimentación o el terraplén del bordo
presentan cambios bruscos de
compresibilidad o dimensiones
 Generalmente comienzan en la cresta,
pueden ser verticales o inclinadas y
cortar perpendicular o diagonalmente el
eje del bordo  Las grietas transversales son más
peligrosas que las longitudinales
debido a que dejan paso libre al
agua al interior del bordo, con la
posibilidad de falla por tubificación
Mecanismos de falla

73

74
i) Agrietamiento transversal y longitudinal, inducido por
asentamiento diferencial en el suelo de cimentación
 El contacto entre materiales
blandos y materiales firmes en
zonas de transición abrupta generan
un hundimiento diferencial en la
zona contigua a la ladera de suelo
firme provocando agrietamiento
que resulta pronunciado si los suelos
blandos superficiales (costra
superficial) son más rígidos que los
suelos blandos subyacentes
Transición abrupta entre materiales blandos y
materiales firmes (talud sepultado)
Rotura frágil por incompatibilidad
de deformación con el suelo
subyacente
Mecanismos de falla

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h) Agrietamiento inducido por asentamiento diferencial
Loma de
roca basal
Superficie original
Superficie deformada
Suelo blando
Agrietamiento
Deformación
Compresión
Extensión
(Jachens y Holzer, 1982)
Mecanismos de falla

76
Bordo Gaviotas Sur

77
CONSECUENCIA DE LA PRESENCIA DE GRIETAS
 La infiltración de agua en las grietas por lluvia o tuberías rotas puede además
generar un empuje hidrostático que facilita la falla de los taludes
Mecanismos de falla

78
j) Capacidad de carga
Mecanismos de falla
 Falla por capacidad de carga debido a, baja resistencia al corte del suelo de
cimentación, sobrecargas (costales, protección marginal) y reducción de la
longitud de la superficie resistente

79
Falla local por capacidad
de carga
Sobrecarga

80
k) Inestabilidad del talud
a) Durante y al final de la construcción b) A largo plazo (condiciones establecidas)
c) Vaciado rápido
Mecanismos de falla
La falla se presenta debido a:
a) Fallas por exceso de presión de poro (durante y al final de la construcción)
b) Disminución de la resistencia del suelo con el primer llenado y fuerzas de filtración
(condición establecida)
c) Pérdida de empuje estabilizador, presiones de poros elevadas y fuerzas de filtración (vaciado
rápido)

81
k.1) Inestabilidad del talud durante y al final la construcción
 Las fallas por exceso de presión de poro durante
la construcción de un terraplén cohesivo gafectan
cuando la resistencia del suelo es menor en
relación con la altura y la pendiente del bordo, la
sobrecarga es excesiva; y la rapidez de
construcción del terraplén son relativamente altos
Mecanismos de falla
 Estos deslizamientos pueden ocurrir
indistintamente en ambos taludes y en
general no alcanzan proporciones
catastróficas debido al volumen tan
reducido de material.

82
Mecanismos de falla
NAF
t
Tiempo
u
0
Presión de poro (P.P)
Debido al NAF
Tiempo
FoS
0
Construcción rápida
Disipación de P.P P.P en equilibrio
FoS contra falla del
terreno de
cimentación
fu=0
k.1) Inestabilidad del talud durante y al final de la construcción
(continuación)

83

84
k.2) Inestabilidad del talud en condiciones establecidas
Mecanismos de falla
 Al llenarse el caudal del río, los
esfuerzos actuantes en el terraplén
aumentan y el desarrollo del flujo de
agua hace incrementar las presiones de
poro en zonas próximas a la base hasta
hacerlas máximas cuando se alcanza la
condición de flujo establecido.

85
k.3) Inestabilidad del talud por fuerzas de filtración de agua
superficial
Mecanismos de falla
 Al infiltrarse el agua de las lluvias dentro del cuerpo del bordo, los esfuerzos actuantes en
el terraplén aumentan y el desarrollo del flujo de agua hace incrementar las presiones de
poro por lo que la resistencia al esfuerzo cortante disminuye.

86
Malecón de Balancán, Tabasco

87
Malecón de Balancán, Tabasco

88
Mecanismos de falla
k.4) Inestabilidad del talud bajo condiciones de vaciado rápido
 Durante el descenso del nivel de agua, el talud exterior será sometido a un aumento de
las fuerzas y disminución en la resistencia que tienden a producir inestabilidad

89
Falla general

90
Mecanismos de falla
Fenómeno de vaciado rápido
…Después de cierto tiempo de operación de una estructura de control, el cuerpo del
terraplén ha sido infiltrado y ha alcanzado condiciones de flujo establecido hacia el
talud interior…
Nivel de la reserva
Bordo de
protección

91
Mecanismos de falla
Fenómeno de vaciado rápido
…Si en esas condiciones ocurre un descenso del nivel de la reserva más rápido de lo
que el agua dentro del cuerpo del terraplén puede fluir, el talud exterior será
sometido a un aumento de las fuerzas actuantes y una reducción de su resistencia al
cortante que tienden a producir inestabilidad
Nivel final de la
reserva
Nivel inicial de la
reserva

92
Mecanismos de falla
¿Qué sucede en el interior y exterior del terraplén durante el vaciado?
Un vaciado de L metros implicará un nuevo nivel de agua exterior en un tiempo t

93
Mecanismos de falla
La nueva posición de la superficie freática dependerá de la permeabilidad y la
velocidad de vaciado
(Sánchez, 2013)

94
Mecanismos de falla
Resistencia Solicitación
FoS=
Resistencia
_________
Solicitación
Consecuencias MECÁNICAS del fenómeno del vaciado rápido:

95
Mecanismos de falla
El factor de seguridad disminuye conforme el nivel de la reserva desciende
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
FoS
L/H (Tasa de vaciado)
k=1.00E-04 cm/s R=0.1 m/d
k=1.00E-04 cm/s R=1.0 m/d
k=1.00E-06 cm/s R=0.1 m/d
k=1.00E-06 cm/s R=1.0 m/d
H
L
Falla mecánica
(De la Fuente, 2013)

96

97
PRESA CONDIT (OCT, 2011)

98
Mecanismos de falla
Desde el inicio del vaciado se establecerá un flujo descendente de agua hacia el exterior del
terraplén con el fin de alcanzar las condiciones estacionarias, lo que provocará un cambio de
dirección en las velocidades de flujo.
Al avanzar el proceso del vaciado, se generaran concentraciones de flujo y gradientes
hidráulicos cada vez mayores en el extremo de aguas arriba lo que facilitará la erosión interna
del material del talud y su consecuente tubificación
Consecuencias HIDRÁULICAS del fenómeno del vaciado rápido
(Sánchez, 2013)

99

100
2.4) Combinación de mecanismos de falla

101
1) Río con carga de sedimentos
2) Río con sedimentos removidos
Mecanismos de falla

102
3) Río con degradación del fondo
4) Río con fondo profundizado y equilibro límite de márgenes
Mecanismos de falla

103
5) Río con márgenes deslizada favorecidas por el descenso del nivel de agua y la
erosión del pie
Mecanismos de falla

104
Deslizamiento Ixtacomitán: 1) Remoción de los sedimentos, degradación del fondo y
disminución del nivel de la reserva

105
Deslizamiento Ixtacomitán: Falla por erosión del pie del talud y vaciado del nivel de
la reserva

106
2.5) Reporte fotográfico de daños
observados sobre las márgenes de los ríos
Carrizal, Grijalva y de la Sierra

107
Mecanismos de falla

108
A lo largo de las márgenes de los ríos
Carrizal, Grijalva y de La Sierra, se
reportaron (al 10 de junio de 2008) por la
CONAGUA, 51 sitios de daños ocasionados
por las inundaciones de octubre-noviembre
de 2007.
Mecanismos de falla

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de bordos
CONTENIDO
Tel. Oficina: 01 (993) 1-41-27-8
128

129
Diseño preliminar
El procedimiento y los requisitos para el diseño del bordo se establecen por la norma EM
1110-2-1913 (USACE, 2000). La norma proporciona una guía de la evaluación inicial previa
requerida para llegar a un diseño final.
Paso Procedimiento
1 Investigación geológica-geofísica. Iniciar exploraciones preliminares del subsuelo
2 Establecer perfiles estratigráficos para planear la campaña de exploración final.
Analizar los posibles bancos de material para la construcción del terraplén
3 Iniciar exploraciones finales para proveer:
a) Información adicional de los perfiles estratigráficos
b) Muestras inalteradas para obtener parámetros mecánicos e hidráulicos del suelo de
cimentación
c) Muestras inalteradas para obtener parámetros mecánicos e hidráulicos del terraplén
4 Dividir el bordo completo en tramos con condiciones del subsuelo similares , alturas del
terraplén y material del relleno y asignar una sección de prueba típica de cada tramo

130
Diseño preliminar
Paso Procedimiento
5 Analizar cada sección de prueba propuesta en función de los siguientes análisis:
a) Análisis de capacidad de carga
b) Análisis de asentamientos
c) Análisis de estabilidad durante y al final de la construcción
d) Análisis de estabilidad en condiciones de flujo establecido
e) Análisis de filtraciones a través del cuerpo del bordo y debajo del mismo
f) Análisis de subpresión
g) Análisis de estabilidad bajo condiciones de vaciado rápido
*Se debe considerar en los análisis las sobrecargas tales como materiales de protección marginal, posibles
sobreelevaciones a futuro del bordo o colocación de costales de arena
6 Diseñar tratamientos especiales o modificar la geometría del terraplén para evitar
cualquier problema detectado en el paso 6.
7 Basado en los resultados del paso 6, establecer las secciones típicas para cada tramo
8 Diseñar la protección del talud del terraplén

131
3.1) Exploración geológica-geofísica y
exploraciones preliminares del subsuelo

132
a) Identificar con precisión la geometría de las estructuras
sepultadas zonas de transición
Talud
sepultado
Escalón
sepultado
Loma de
Roca basal
Diseño preliminar

133
 Para definir con precisión la geometría de
estas estructuras sepultadas, se han obtenido
buenos resultados recurriendo a mediciones
gravimétricas (Pacheco, 2008), ya que
localizan cualquier fenómeno en el que la
variación de la densidad sea su característica
fundamental
Diseño preliminar
Gravímetro Lacoste & Romberg, Modelo G
Loma de
Roca basal

134
b) Identificar la profundidad a la que se encuentra el estrato
competente
Diseño preliminar
Refracción sísmica
En estos métodos se mide el tiempo
de propagación de las ondas
elásticas, transcurrido entre un sitio
donde se generan ondas sísmicas y
la llegada de éstas a diferentes
puntos de observación.

135
c) Identificar objetos bajo el suelo (tuberías por ejemplo)
Diseño preliminar
Georadar
 Emisión y recepción de ondas
electromagnéticas. La incidencia de la
energía de una onda electromagnética sobre
las heterogeneidades, provocará fenómenos
de reflexión, refracción y difracción que
serán detectados por la antena receptora
 La localización y cartografía de servicios
urbanos es una aplicación mayúscula del
georadar

136

137
Tuberías

138
d) Exploración geotécnica preliminar
Diseño preliminar
Cono eléctrico
 Determina con precisión las
características estratigráficas de un
sitio y su variación con la
profundidad, mediante la medición de
las resistencias a la penetración de la
punta y de la fricción del cono (fuste).
 Permite estimar la resistencia al corte
de los suelos mediante correlaciones
empíricas

141
Ventajas y limitaciones del cono eléctrico
Mayor ventaja: Determinar la secuencia estratigráfica de los suelos, ya que permite
determinar los espesores de los suelos blandos y compresibles y la presencia y espesores de
capas drenantes, de arena, vidrio volcánico y limos arenosos.
Mayor desventaja: No extrae muestras y no obtiene pesos volumétricos para determinar
esfuerzos geoestáticos
Diseño preliminar

142
Usos del cono eléctrico
 Detectar capas duras para hincar pilotes.
 Detectar estratos permeables para la instalación de piezómetros y colocación de puntas de
bombas eyectoras para abatimiento del nivel freático.
 Detectar variaciones en espesor como en profundidad de los estratos a lo largo de los
trazos de túneles.
 Detectar espesores de suelo blando en las costas.
Abusos del cono eléctrico
 Las exploraciones de campo para edificios no deben basarse en sondeos de cono
únicamente.
 Diseño geotécnico a base de correlaciones empíricas únicamente
Diseño preliminar

143
d) Exploración geotécnica preliminar (continuación)
Diseño preliminar
Prueba de penetración estándar
 Rescatar muestras alteradas
 En campo, se define la estratigrafía
 En laboratorio, las propiedades índices
 Mediante el número de golpes se estima la
resistencia al corte

144
Interpretación del número N
Diseño preliminar
Densidad relativa de arenas
Relación de la consistencia de la arcilla
(Terzagui, 1947)

145
Interpretación del número N
Diseño preliminar
Correlación de N para estimar c y ϕ
(Varios autores)

146
Correcciones recomendadas
Diseño preliminar
 Corrección de Kovacs. Por el número de vueltas del cable en el malacate
 Corrección de Peck. Para las arenas limosas bajo el nivel freático, que durante la penetración
generan el fenómeno de dilatancia (pequeño aumento de volumen)
 Corrección de Skempton. Criterio para normalizar el número de golpes N (N60). Dentro de
este criterio también se hacen correcciones por diámetro de perforación, longitud de barras y
tipo de muestreador (tubo estándar o con camisa).
 Corrección de Gibbs y Holts. Lo propusieron para arenas con el propósito de tomar en cuenta
las sobrecargas
 Corrección por el diámetro del malacate.
 Otras correcciones
¿SE PUEDE ASÍ CONFIAR EN EL
VALOR DE N?

147
(Kovacs et al., 1982)

148
Diseño preliminar
Analizador del SPT
Mide la energía transferida a una varilla
instrumentada SPT (Standard Penetration
Test). Ello permite mejorar la confiabilidad
de las estimativas de resistencia del suelo
usadas en los diseños geotécnicos.

149
Diseño preliminar
Penetrómetro SPT TEC 10

150
3.2) Planear campaña de exploración
final

151
Diseño preliminar
Secciones geológicas-geotécnicas
Las propiedades índices, geométricas y mecánicas del suelo son aleatorias en mayor o
menor grado. Es decir, varían alrededor de un valor medio con más o menos dispersión. Varían
punto a punto en el sitio, incluso pueden desaparecer una o varias de las capas de suelo y
aparecer otras o no.

152
Diseño preliminar
Geoestadística
Descripción de las propiedades del subsuelo mediante técnicas matemáticas basadas en la
teoría de los campos aleatorios que explotan la correlación espacial para realizar
predicciones de los valores de ciertas propiedades de interés en sitios donde no se cuenta con
información de campo (propiedades geométricas, índices, mecánicas, etc.)
Campo aleatorio
Variable aleatoria
Valor esperado
Varianza
Función de autocorrelación
Covarianza
Coeficiente de
autocorrelación

153
(Auvinet, 2012)

154
a) Corte virtual del número de golpes, N
b) Desviación estándar
(De la Fuente et al., 2012)

155
(Auvinet, 2012)

156
Ubicación de la capa dura
(Auvinet, 2012)

157
Profundidad de los estratos
potentes de arcilla
(Auvinet, 2012)

158
Diseño preliminar
Ventajas de la Geoestadística
 Con estas herramientas es posible caracterizar con mayor precisión, menor tiempo y
menor costo, las condiciones estratigráficas y propiedades geotécnicas del subsuelo.
 Ayudan a eliminar cierto grado de subjetividad en las interpolaciones, logrando una mejor
aproximación de las condiciones del subsuelo.
 Optimizan las campañas de exploración geotécnicas finales

159
Diseño preliminar
Geoestadística
La metodología empleada para el análisis Geoestadísticos, es la siguiente (Auvinet, 2002):
1. Definición del campo aleatorio
a) Definición de la propiedad geotécnica de interés en el dominio (área o volumen)
estudiado
b) Interpretación de los datos disponibles y elaboración de archivos de datos
2. Análisis estructural
a) Descripción estadística (media, desviación estándar, varianza, histogramas y polígonos
de frecuencias)
b) Análisis de tendencia (regresión lineal)
c) Cálculo de correlogramas direccionales experimentales
d) Cálculo de distancias de correlación espacial
e) Modelado teórico de los correlogramas experimentales
f) Análisis de anisotropía
3. Estimación
a) Estimación puntual o global de la propiedad de interés
b) Cálculo de la varianza o desviación estándar de la estimación
4. Mapeo
a) Elaboración de mapas de contornos, superficies y modelos 3D
b) Elaboración de perfiles, cortes y modelos 2D

Criterio para la obtención
de muestras inalteradas en
suelos blandos (Santoyo,
2012)

161
3.3) Materiales constitutivos del cuerpo
del bordo

162
Diseño preliminar
(Briaud, 2006)
Incrementa con
la compactación
y la densidad
a) Cuerpo del terraplén
Los suelos aceptables para la construcción del terraplén se definen por la norma EM-1110-2-
1913 (USACE, 2000) como “cualquier tipo de suelo excepto los muy húmedos, suelos de alta
plasticidad, suelos muy erosionables o suelos altamente orgánicos”
SM
SP
ML
MH
CL
CH ROCA

163
Diseño preliminar
(Briaud, 2006)

164

165
Diseño preliminar
Modelación del río Carrizal
para un Tr=100 años
(Fuentes et al., 2009)
Velocidades hidráulicas
obtenidas para los
seccionamientos
CL

166
Diseño preliminar
Erodómetro de bolsillo
Profundidad del hoyo (mm) después de 20 “disparos” a 8m/s
15 pesos en Walmart
(Briaud, 2006)

167
Diseño preliminar
Calibración de la velocidad (Briaud, 2006)

168
Diseño preliminar
Categorías para el erodómetro de bolsillo
(Briaud, 2006)
Incrementa con
la compactación
y la densidad
>50mm
50-10
mm
10-3mm
3-1mm
<1mm

1. Contenido de agua del suelo, w%
2. Peso volumétrico del suelo
3. Índice de plasticidad
4. Resistencia no drenada
5. Relación de vacíos
6. Porcentaje de expansión
7. Tamaño del grano del suelo
8. Contenido de finos que pasen la
malla número 200 169
Diseño preliminar
Grado de erosión depende de varios factores (Briaud, 2006)
9. Minerales de la arcilla
10. Ph del suelo
11. Temperatura del suelo
12. Temperatura del agua
13. Salinidad del agua
14. Ph del agua

170
Diseño preliminar
b) Protecciones marginales
Se utilizan en los taludes de los bordos para protegerlos contra la erosión y
socavación por efecto del agua
Pueden ser de 2 tipos: los colocados en camas (colchacretos o tapetes flexibles) y los
de materiales naturales (enrocamiento). En la actualidad se llegan a utilizar también
recubrimientos de vegetación.

171
Diseño preliminar
b.1) Protecciones marginales: Tapetes flexibles
 Consisten en la unión de
bloques de concreto
pequeños mediante acero
formando lienzos del
tamaño que se necesite para
cubrir la estructura.
 Se colocan sobre membranas
geotextiles que confinan al talud del
bordo e impiden el arrastre del
material fino.

172
Diseño preliminar
b.2) Protecciones marginales: Colchacreto
Consisten en bolsas textiles creadas para ser rellenadas de mortero en la zona
donde se necesite proteger de la erosión y socavación,
i)Con puntos filtrantes ii)Sección uniforme
ii)Secciones flexibles

173
Diseño preliminar
b.3) Protecciones marginales: Enrocamientos
Continúa siendo el sistema de mayor uso. Sus ventajas son las siguientes:
 Permiten el paso libre del agua a través de éstas, disminuyendo el efecto de la subpresión
en el cuerpo del bordo.
 Gran flexibilidad, lo que lo hace insensible a las más severas condiciones de deformación
del terraplén
 Permeabilidad, lo que elimina problemas de supresión
Deben tener un peso suficiente y una colocación adecuada para que impida su arrastre o el
arrastre del material del terraplén, pero no excesivo como para que sobrepase la capacidad de
carga del suelo de cimentación

174
Material inadecuado
Peso excesivo

175
Ejemplo de material adecuado

176
Diseño preliminar
b.4) Protecciones marginales: Vegetación
Se recomienda la revegetación tanto de los taludes interiores del bordo de protección como
de la corona (en caso de no ser utilizado como superficie de rodamiento), con el objetivo de
prevenir la erosión debida a escurrimientos superficiales provocados por las lluvias o por
desbordamiento.
 Tapetes de pasto
 Plantas nativas de la región cuyas raíces no lleguen a crear canales preferentes de
tubificación
 Geotextiles
 Evitar a toda costa árboles
En la práctica se ha observado que la revegetación no funciona muy bien con taludes
2H:1V, por este motivo, cuando se vaya a emplear esta solución, los bordos deben tener
taludes con mayor pendiente que la anterior (Briaud, 2011).

177
Diseño preliminar
Protecciones marginales
La selección del tipo de protección marginal depende de diversos factores tales como
(CONAGUA, 2011):
 Velocidad de agua del río
 La disponibilidad de materiales
 Costos de colocación y acarreo
 Espacio disponible para la protección
 Las necesidades constructivas y de colocación.
Ninguna protección es mejor que otra, todas tienen sus ventajas y desventajas

178
Diseño preliminar
Geotextil
Vegetación Protección marginal

179
3.4) Exploración de los bancos de
materiales

SIMBOLOGÍA
MAPA GEOLÓGICO REGIONAL
180
1. Identificar los bancos probables: Mapa geológico regional
Trazo del bordo

181
Diseño preliminar
m m m
m
- m
3
DESPALME
CAPA SUBRASANTE CARPETA
CARRETERA: TRAMO:
RÉGIMEN DE PROPIEDAD: NOMBRE DEL PROPIETARIO:
FEDERAL CONCESIONADO
m, a la
UBICACIÓN: KM: DESVIACIÓN:
COMUNAL COMERCIAL
ANCHO ESPESOR:
CLASIFICACIÓN:
PARTICULAR
MATERIALES APROVECHABLES:
CARRETERA:
TRAMO:
SUBTRAMO:
BANCO Nº: DENOMINACIÓN: ESTADO ACTUAL:
ORIGEN:
CAPA SUBYACENTE BASE MAMPOSTERÍA
VOLUMEN DISPONIBLE:
A) DIMENSIONES DEL BANCO: LARGO
OTROS
B) EMPLEO PROBABLE: TERRACERÍAS SUB-BASE CONCRETO
C) TRATAMIENTO:
ESTABILIZACIÓN LAVADO TRITURACIÓN TOTAL
CRIBADO TRITURACIÓN PARCIAL
DISGREGACIÓN
Cédula del levantamiento del banco probable

182
Diseño preliminar
Cédula del levantamiento del banco probable
A B C
m
NO SE REQUIEREN
km
km INTRANSITABLE
km TRANSITABLE EN ESTIAJE
km TRANSITABLE TODO TIEMPO
PAVIMENTADO
REVESTIDO
CONDICIONES DEL CAMINO DE ACCESO: TERRACERÍA
FACTIBILIDAD DE EXPLOTACIÓN: ATACABILIDAD:
NO EXISTE
A) CONDICIONES ECOLÓGICAS: DISTANCIA DE LOS ASENTAMIENTOS HUMANOS MÁS CERCANOS
TOLERABLES
LEVES
AFECTACIÓN DE LA FLORA
C) ASPECTOS ECONÓMICOS:
MUY FUERTES
CONTAMINACIÓN DE EFLUENTES
DISTANCIA DE ACARREO:
REDUCIDA MODERADA EXCESIVA
PROBABLE EVIDENTE
CONTAMINACIÓN POR RUIDOS
NO EXISTE HAY INDICIOS EVIDENTE
EVIDENTE
PROBLEMAS DE DRENAJE NO EXISTEN HAY INDICIOS EVIDENTES
AFECTACIÓN DE LA FAUNA NO EXISTE HAY INDICIOS
B) USO DE EXPLOSIVOS: HAY ANTECEDENTES RESTRINGIDO
LIMITACIONES DE EXPLOTACIÓN
CONTAMINACIÓN DE POLVOS
OBSERVACIONES:

183

184
Levantamiento geotécnico del banco

185
Las fronteras entre materiales de
diferente compresibilidad, por
ejemplo bancos de préstamos distintos
o bien contacto entre porciones
construidas en periodos diferentes da
lugar a grietas transversales.

186
3.5) Dimensiones del bordo

187
Diseño preliminar
 Los bordos de protección reducen el riesgo que implica una inundación, no así, la
probabilidad de que la inundación ocurra.
 Los bordos de protección deben estar diseñados con un tamaño y forma particular
adecuado para que sean capaces de soportar el nivel de inundación correspondiente a un
determinado lugar y tiempo.
 El tamaño de una inundación se describe por la probabilidad de ocurrencia en un
determinado tiempo. Por ejemplo, las inundaciones “menores” se producen con más
frecuencia que las inundaciones con mayores cantidades de agua. Por lo tanto, las
inundaciones “pequeñas” tienen una mayor probabilidad de alcanzar o superar un nivel
de agua en un tiempo determinado.
 Una inundación que tiene una probabilidad de 1 a 10 de ocurrencia también se conoce
como un 10% de probabilidad de inundación o como una “inundación en 10 años” (Tr=10
años)
Premisas

188
Diseño preliminar
Premisas (continuación)
 Una inundación que tiene una probabilidad de 1% se refiere es una inundación que tendrá
lugar en 100 años (Tr=100años), por lo que es probable que suceda con menos frecuencia,
pero de suceder, alcanzará un nivel de agua mayor que la “inundación de 1 año”
 Este concepto no significa que una inundación ocurrirá solo una vez cada 100 años; si es
que ocurre o no en un determinado año, no cambia el hecho de que siempre hay una
probabilidad del 1% de que ocurra algo similar al año siguiente.
 Por lo tanto, el nivel de protección ofrecido por un bordo se debe describir en términos
del tamaño o nivel de agua de una inundación, que el bordo es capaz de contener.
 Por ejemplo un bordo de protección diseñado para controlar un 1% de probabilidad anual
de inundación se refiere a menudo como un “bordo de 100 años”.

189
Diseño preliminar
Altura del bordo: EM 1110-2-1913 (USACE, 2000)
ht=Yn+h0+B.L+Dh
ht=Altura total del bordo
Yn=Altura del tirante de agua. Se fija a partir del periodo de retorno de la avenida de diseño,
en función del tipo de obra y con la importancia de la zona que se pretende proteger.
H0=Altura del oleaje (si lo hubiera)
B.L=Bordo libre. La FEMA (2005) especifica que los bordos construidos junto a los ríos deben
tener una altura mínima de 90cm por encima del nivel de agua de la inundación base y en las
zonas donde se construye el bordo adyacente a estructuras hidráulicas (por ejemplo
puentes), el bordo libre debe ser de 1.20m por una distancia de 30m a cada lado de la estructura
Dh= altura correspondiente al valor del asentamiento que alcance a sufrir la estructura, según
lo determinado por la norma EM 1110-2-1904 (USACE, 1990).

190
Diseño preliminar
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
16-Oct-07
18-Oct-07
20-Oct-07
22-Oct-07
24-Oct-07
26-Oct-07
28-Oct-07
30-Oct-07
1-Nov-07
3-Nov-07
5-Nov-07
7-Nov-07
9-Nov-07
11-Nov-07
13-Nov-07
15-Nov-07
Elevación
(msnm)
Pueblo Nuevo NAMO Pueblo Nuevo Gaviotas NAMO Gaviotas
Porvenir NAMO Porvenir Muelle NAMO Muelle
NAMO Pueblo Nuevo= 7.49 msnm
NAMO Gaviotas= 5.42 msnm
NAMO Muelle= 5.24 msnm
NAMO Porvenir= 4.74 msnm
Altura máxima del tirante de agua obtenida en el 2007

191
(Maza, 1997)
Diseño preliminar
Diseño convencional vs
Cambiar paradigmas

192
Diseño preliminar
Pendientes del talud y ancho de la corona: EM 1110-2-1913
(USACE, 2000)
 Las pendientes del talud exterior deben ser mínimo de 1V:2H.
 Para bordos construidos con materiales no adecuados, tales como arenas, arcillas muy
blandas o turbas, están obligados a tener pendientes más pronunciadas (1V:5H) para evitar
fallas por cortante, filtración y la acción del oleaje (USACE, 2000, Auvinet et al., 2008).
 El ancho de la corona de los bordos no debe ser menor que el requerido para que el equipo
de compactación pueda trabajar en buenas condiciones (generalmente 3 m).
 El ancho útil no incluye los sobre-espesores de material sin compactar que suelen agregarse
a la sección de proyecto ni la protección marginal contra la erosión.

193
Diseño preliminar
Ancho mínimo de la corona: equipo de compactación pueda
trabajar (p. ej. 3m)
Talud
2H:1V(arcillas resistentes)
5H:1V (arenas, turbas,
arcillas de baja resistencia)
Altura final del bordo=
Altura del tirante del agua (avenida de diseño) + bordo libre + valor
del asentamiento + oleaje (si lo hubiera)
Bordo libre (FEMA, 2005):
Altura mínima de 0.9m
Cerca de puentes: 1.2m por 30m
de distancia
EM 1110-2-1913 (USACE, 2000)

194
Bordos de protección en Alemania

195
Bordos de protección en Holanda

de bordos
CONTENIDO
Tel. Oficina: 01 (993) 1-41-27-8
196

197
4.1) Medidas de mitigación contra
los mecanismos de fallas

198
a) Mitigación de los riesgos asociados al erosión fluvial al pie del talud
Recomendaciones de diseño
(Ramírez-Reynaga, 2008).

199
(Ramírez-Reynaga, 2008).
Estabilización con pilotes y
tablaestacas

Pilotes de acero
200

201
b) Mitigación de los riesgos asociados al flujo a través del suelo de cimentación
Dentellón
i=Dh/L
COLOCACIÓN DE DENTELLONES

202
b) Mitigación de los riesgos asociados al flujo a través del suelo de cimentación
COLOCACIÓN DE BERMAS PERMEABLES
Tendrá dos efectos:
1. Estabilidad contra el volteo en condiciones de flujo establecido y
2. Disminuye la probabilidad de falla por supresión al incrementar el peso transmitido
3. Incrementa la longitud del recorrido del flujo

203

204
c) Mitigación de los riesgos asociados al desbordamiento
c) Aumentar la llanura de
inundación
b) Sobre-elevación
a) Dragado de ríos

205
d) Mitigación de los riesgos asociados al agrietamiento
 Grietas por secado: Utilizar arcillas de baja plasticidad (Auvinet et al., 2008)
y/o proteger la corona del bordo contra la evaporación (pavimentación por
ejemplo)
 Grietas por deformación: Pueden evitarse o minimizarse con diseños y
procedimientos constructivos adecuados
 Grietas por fracturamiento hidráulico: Utilizar drenajes adecuados para no
permitir el encharcamiento

206
Precarga
Tiene dos objetivos principales (Auvinet et al., 2002):
 Acelerar el desarrollo de la consolidación (con lo cual, es posible cimentar sobre el suelo
sin peligro de asentamientos totales o diferenciales importantes a mediano o largo plazo).
 Aumentar la resistencia al corte no-drenada del mismo y por tanto la capacidad del
terreno
e) Mitigación de los riesgos asociados al asentamientos y capacidad de carga

207
Reforzar el suelo mediante inclusiones
Son elementos verticales no conectados con la estructura que se insertan en los estratos que
más contribuyen a los asentamientos, con objeto de:
 Reducir su compresibilidad.
 Mejorar la capacidad de carga del terreno
 Darle mayor estabilidad al talud contra el deslizamiento
e) Mitigación de los riesgos asociados al asentamientos y capacidad de carga

208
Se pueden evitar controlando cuidadosamente alguno de los factores que lo producen, esto es:
 Colocando los materiales con contenido de agua inferior al óptimo
 Manteniendo la velocidad de construcción del terraplén dentro de los valores de
presión de poro aceptables, por medio de observaciones piezométricas.
 Disminución del ángulo del talud
Disminución del
ángulo del talud
 Colocación de filtros de materiales
permeables que permitan la disipación
rápida de los excesos de presión de poro
generados por los cambios en los esfuerzos
totales
f.1) Mitigación de los riesgos asociados al inestabilidad de taludes durante la
construcción

209
f.2) Mitigación de los riesgos asociados al inestabilidad de taludes en condiciones
de flujo establecido (a largo plazo y embalse lleno)
Construcción de berma de estabilidad

210
f.3) Mitigación de los riesgos asociados al inestabilidad de taludes bajo condiciones
de vaciado rápido
Implementación de un sistema de filtros horizontales-geotextil (De la Fuente, 2013;
Sánchez, 2013)

211
de vaciado rápido
 Drena rápidamente el agua dentro del cuerpo del bordo
El flujo remanente en el interior del cuerpo
evita momentáneamente la disipación de las
presiones de poro
Canaliza el flujo interno y ayuda a drenar el
agua y a disipar las presiones de poro
rápidamente
Bordo con filtro
Bordo sin filtro
Vmáx=29.3x10-3 m/d
Vmáx=93.5x10-5 m/d

212
de vaciado rápido
Al mantenerse elevadas las presiones de poro,
el aumento de resistencia por aumento de
presiones efectivas ocurre más lento
La disipación rápida de las presiones de
poro genera a su vez un incremento
importante en la estabilidad del talud
Bordo con filtro
Bordo sin filtro
F.S.=1.2
F.S.=1
 Aumenta la seguridad del talud

213
de FLUJO ESTABLECIDO Y VACIADO RÁPIDO
F.S.=1.2
F.S.=1
Al colocar un filtro horizontal en ambos extremos del talud se drenará más rápido el agua
con lo que el material pasará a estar de sumergido a parcialmente saturado y el aumento
de la resistencia al cortante por aumento en los esfuerzos efectivos y en la succión será mayor.
Suelo saturado
Suelo parcialmente saturado

214

215
g) Mitigación de los riesgos asociados a la erosión interna y tubificación dentro del
cuerpo del terraplén
Al avanzar el abatimiento, se generaran
concentraciones de flujo y gradientes
hidráulicos cada vez mayores en el extremo
de aguas arriba
Al aumentar la velocidad de flujo de agua se
disminuyen los gradientes hidráulicos
Bordo con filtro
Bordo sin filtro
 La implementación de filtros horizontales disminuye la probabilidad de falla por
tubificación
imáx=0.9 imáx=0.27
ix,y=Vx,y/Kun

12
8
4
0
-4
-8
-12
-16
10
6
2
-6
-2
-14
-10
-60 -58 -56 -54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40-38-36 -34 -32 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16-14-12-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12
Bordo
Terreno natural
Nivel de la reserva=5.14msnm
Inclusiones
de suelo-cemento
Geotextil
Filtro
de
arena
Enrocamiento
18m
@ 2m
216
de vaciado rápido: CASO PRÁCTICO BORDO GAVIOTAS SUR

217
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
16/
10/
07
18/
10/
07
20/
10/
07
22/
10/
07
24/
10/
07
26/
10/
07
28/
10/
07
30/
10/
07
1/1
1/0
7
3/1
1/0
7
5/1
1/0
7
7/11
/07
9/1
1/0
7
11/
11/
07
13/
11/0
7
15/
11/
07
17/
11/
07
19/
11/
07
21/
11/0
7
23/
11/
07
25/
11/
07
27/
11/
07
29/
11/0
7
FoS
Diseño original
Propuesta de solución B: Con filtro
FoSmín=1.2 (Norma EM 1110-2-1913,USACE, 2000)

218
4.2) Compactación

219
1350
1400
1450
1500
1550
1600
1650
1700
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Contenido de agua, w (%)
Peso
volumétrico
seco,
g
d
(kg/m
3
)
Proctor estándar
Molde miniatura
Gw(%) 100
90
80
7030CH
Comportamiento de
suelos compactados
Lado seco
 Mayor peso volumétrico seco
 Mayor resistencia
 Mayor permeabilidad
 Menor compresibilidad
 Menor resistencia a la tensión
Lado húmedo
 Menor peso seco
 Menor resistencia
 Menor permeabilidad
 Mayor compresibilidad (Deforma al suelo angularmente
pero no reduce volumen eficiente).
 Mayor resistencia a la tensión
Lado seco Lado húmedo

220
Prevención de grietas
La energía de compactación
influye en la rigidez de un suelo,
de ahí que energías de
compactación altas darán pesos
específicos altos y por ende,
resistencias altas a tensión.
(Garnica et al., 2003)

221
COMPACTACIÓN POR AMASADO
Acción de un rodillo pata de cabra sobre un suelo
arcilloso, en campo
Presión
5 seg
24.6 kg/cm 2

222
MOLDE
EMBUDO
BASE
SOPORTE CON
TORNILLO DE
AJUSTE
DISTRIBUCIÓN
DE LA
MUESTRA
CANALETA
HUELLA DEL
PISÓN
Procedimiento de compactación por amasado
en el laboratorio (ASTM D 2844)
El suelo es compactado en el molde
presionando con un pisón de amasado con el
objetivo de asimilar los que usan en el
campo, como los rodillos pata de cabra

223
Calidad de la compactación
Penetrómetro Dinámico PANDA

226
Permeabilidad de los bordos
Método del permeámetro de pozo: USBR E-19 (USBR, 1974)
Objetivo: Conocer la permeabilidad de los bordos una vez que fueron construidos para:
 Identificar si a través del mismo pudieran presentarse filtraciones significativas
 Revisar los cálculos bajo condiciones de vaciado rápido.
 La prueba consiste en determinar el gasto
de agua que se infiltra bajo condiciones de
flujo establecidas en un pozo sin ademe
dentro del cual se mantiene la superficie del
agua a elevación constante.

227

228
4.3) Diseño “Robusto”

229
Material arcilloso
impermeable bien
compactado (sin
estratificaciones)
•Limoso
•Plástico
•Arcilla expansiva
Mejoramiento del suelo
(ej. con inclusiones)
Río
Evitar sobrecarga
excesiva
Taludes > 2 : 1
(hasta 5 : 1 en arcillas
muy blandas y turbas)
Recubrimiento
marginal
―Enrocamiento
―Protección con
bloques, bolsacreto,
tapete flexible, etc.
―Espigones
―Tablestacado
Filtro
Geotextil tejido de
alta resistencia (en
suelos muy blandos)
Un diseño orientado a maximizar la confiabilidad, debe buscar que el diseño quede tan
alejado como sea posible de los estados límites de falla y de servicio, para cubrir las
incertidumbres existentes. Si se logra lo anterior, el diseño se considera como “robusto”
(Auvinet et al., 2008).

230
(Ramirez-Reynaga, 2008).

231
4.4) Diseño de recubrimiento

232
Consideraciones de análisis
Para su diseño los datos que se necesitan son semejantes a los necesarios en el diseño de
bordos:
 Características de talud a proteger
 Gastos asociados a un periodo de retorno,
 Los tirantes de agua correspondientes a estos gastos
 Velocidades del flujo
 Tipos de materiales.
Para los enrocamientos colocados a volteo o compactados se hace una revisión que garantice la
permanencia del material en el sitio y la estabilidad en el talud
Para los recubrimientos colocados en forma de cama se debe analizar además la estabilidad
al pie del talud y en la cimentación del recubrimiento.

233
Para conocer si el material será removido de su sitio, deben compararse el esfuerzo cortante
actuante con el resistente. El esfuerzo resistente es el esfuerzo cortante crítico del material
del cauce τc y el esfuerzo actuante τ0 es el esfuerzo producido por el flujo en el fondo que se
calcula como se observa en la ecuación
τ0 = gwdS0
τ0 =esfuerzo cortante producido por el flujo en el fondo (kn/m2)
gw=Peso específico del agua (kn/m3)
d=Tirante del agua (m)
S0= Pendiente del cauce
(Maza, 1997)
Si:
τ0<τc No hay arrastre
τ0=τc Arrastre a punto de iniciarse
τ0>τc Hay arrastre

234
(Maza, 1997)

235
Colocación de tapetes flexibles,
(Sub Marelher, 2001)

236
Procedimiento constructivo de recubrimientos en cama
Debe excavarse una zanja de
hincado con un mínimo de 60 cm
de profundidad por 15 cm de
ancho
Límites de colocación
Por lo menos un metro
abajo del nivel mínima o
hasta el fondo del cauce

237
Márgenes protegidas con enrocamiento

238

239

240

241

242

243
Márgenes protegidas con colchacreto

244

245

246

247

248
Márgenes protegidas con tapetes flexibles

249

250

251

252

253

254

255

256

257
4.5) Solución inmediata a problemas
locales

258
Construcción escalonada
Material original del bordo
Material nuevo
4m
Ancho mínimo de la corona
Ancho del equipo de
compactación
Superficie
original
Superficie
sobre-elevada
Desbordamiento: Sobre-elevación

259
Desbordamiento: Proteger con geotextil la superficie del bordo
Proteger la parte superficial del bordo
de protección con un geotextil
permeable:
 Se previene la erosión y se
permite que el agua pase por el
bordo sin transportar partículas
de suelo

260
Flujo a través de la cimentación: Controlar carga hidráulica
1. Geotextil para evitar el transporte de las
partículas de arena y sacos de arena
como contrapeso
1. Formar una pila de sacos de arena para
incrementar el nivel del agua y disminuir
así el gradiente hidráulico
i=Dh/L

261
Flujo a través de la cimentación: Controlar carga hidráulica

262
Agrietamiento en la corona del bordo: Construcción de un terraplén “bajo”
Se ha podido demostrar que la existencia de
un terraplén reforzado con geosintético o de
una cimentación con sólida liga estructural
permite confinar el suelo, disminuir el factor
de intensidad de esfuerzos tensionales y
provocar el desvío de este tipo de grietas
hacia otras zonas
(Auvinet & Arias, 1991)

263
(Auvinet & Arias, 1991)

264
Las grietas se vuelven más peligrosas conforme se erosionan y ensanchan por efecto del
intemperismo y en particular la acción erosiva del agua (rotura de tubería, etc) y por tanto
deben sellarse rápidamente para restablecer la continuidad del medio.
 Se recomienda que la grieta se rellene con un material con propiedades mecánicas
similares al material natural (mezcla de arcilla con bentonita, por ejemplo, Gutierrez,
1991)
 Una alternativa consiste en rellenar la grieta con arena limpia para establecer así una
zona sin resistencia a la tensión que pueda evitar que vuelva a aparecer la grieta
paralelamente a la anterior y controlar la erosión interna (suelos cohesivos presentan
resistencia a la tensión, no así la arenas)
Agrietamiento en la corona del bordo: Sellado de grietas

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