ESTUDIO

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE MUROS DE ALA PARA EL
PROYECTO HIDROELÉCTRICO PUSUNO. MISAHUALLÍ - TENA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
MENCIÓN ESTRUCTURAS
JUAN JOSÉ TORRES VALDIVIESO
juan.torresvaldivieso@gmail.com
DIRECTOR: ING. MSc. JORGE ENRIQUE VALVERDE BARBA
jvbgeo@suelosymuros.com
Quito, Noviembre 2016

II
DECLARACIÓN
Yo, Juan José Torres Valdivieso, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en
este documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido en la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
Juan José Torres Valdivieso

III
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Juan José Torres Valdivieso,
bajo mi supervisión.
Ing. M.Sc. JORGE VALVERDE B Ing. M.Sc. DIEGO SOSA CAIZA.
DIRECTOR DE PROYECTO CODIRECTOR DE PROYECTO

IV
AGRADECIMIENTO
A mis padres Rogelio y Susana, a mis hermanas por brindarme su apoyo
incondicional, cariño desmesurado y recursos incluso a la distancia, para
superarme en la vida y cumplir mis metas. Su solo recuerdo me daba fuerzas para
seguir y no me dejaban desfallecer.
A los más grandes amigos que se le pueden pedir a la vida, de esos que no une
la sangre sino más bien los lazos que se lograron formar en todo este tiempo,
Danny, Rowland y Frank. A Byron y a José Antonio por los momentos de estudio
y de ocio, son grandes profesionales, buenos colegas e intachables personas.
A Valeria, tengo 793 razones para agradecerle, pero solo diré que sin ella no lo
hubiese logrado.
A la Escuela Politécnica Nacional, a la Carrera de Ingeniería Civil y a toda su
planta docente y administrativa. Al Ingeniero Sosa por su ayuda.
Al Ing. Valverde, por todas las oportunidades, los conocimientos, los consejos, la
confianza depositada en mí, y en especial por el modelo a seguir.
A Alejandra, que con su amor y su apoyo, a ese que llegó de la nada, que cayó
sobre mí como un rayo y partió mis huesos, aquel amor que no escogí ni busqué
y que solo vino como aquella lluvia intempestiva en la ciudad de Quito, a ella que
supo darme todo lo que necesitaba para culminar esta etapa de mi vida, sin duda
ella se merece el aplauso incansable.

V
DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado al esfuerzo y el amor de mis padres, al apoyo y
la confianza de mis hermanas, y al calor que me ha brindado toda mi familia a lo
largo de mi vida.
Para Nicolás, que espero que sus pasos sean el doble de grandes que los míos.
A mis abuelos, que supieron inculcar en mil valores únicos, y que quedaran
conmigo para toda mi vida
A mis amigos de la vida y de la universidad, cada uno supo apoyarme y acudió
como sangre a la herida en el momento que más se los necesito.
Y para Alejandra, que su amor lo puede todo.

VI
CONTENIDO
DECLARACIÓN......................................................................................................II
CERTIFICACIÓN ...................................................................................................III
AGRADECIMIENTO ............................................................................................. IV
DEDICATORIA ...................................................................................................... V
CONTENIDO......................................................................................................... VI
RESUMEN ........................................................................................................XXIII
ABSTRACT...................................................................................................... XXIV
PRESENTACIÓN.............................................................................................. XXV
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES............................................................................1
1.1 OBJETIVOS............................................................................................. 1
1.1.1 OBJETIVO GENERAL.......................................................................... 1
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................ 1
1.2 GENERALIDADES................................................................................... 1
1.3 UBICACIÓN ............................................................................................. 5
1.4 ALCANCE ................................................................................................ 5
CAPÍTULO 2. TRABAJOS DE CAMPO .................................................................7
2.1 ESTUDIO GEOTÉCNICO ........................................................................ 7
2.1.1 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA................................................................ 8
2.1.2 ANÁLISIS VISUAL Y ENSAYOS DE RESISTENCIA ......................... 11
2.1.3 LITOLOGÍA DEL SECTOR................................................................. 13
2.2 ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS. .............................................................. 14
2.3 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS ................................................................ 15
2.3.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS ............................................................ 16
CAPÍTULO 3. TRABAJOS DE GABINETE..........................................................22
3.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES ............................................. 22
3.1.1 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL LR1-LR1`...................................... 23
3.1.2 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL LR2-LR2`...................................... 24

VII
3.2 DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES KA Y KP ........................... 27
3.3 CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO ................................................. 30
3.4 ESTABILIDAD DE TALUDES................................................................. 31
3.4.1 TIPOS DE FALLA............................................................................... 32
3.4.2 PARÁMETROS DE CÁLCULO........................................................... 33
3.4.3 FACTORES DE SEGURIDAD DE LOS TALUDES DE CORTE......... 37
3.5 ANÁLISIS DINÁMICO DE LA ESTRUCTURA ........................................ 40
3.5.1 COEFICIENTE MONONOBE-OKABE................................................ 40
CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS PROPUESTAS ..........................44
4.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................... 44
4.2 ALTERNATIVAS APLICABLES.............................................................. 45
4.2.1 MURO DE GAVIONES....................................................................... 45
4.2.2 MURO CON CONTRAFUERTES....................................................... 47
4.2.3 MURO CAJÓN ................................................................................... 55
4.3 SELECCIÓN DE LA MEJOR ALTERNATIVA......................................... 60
4.3.1 APLICACIÓN DE CADA MURO ......................................................... 60
4.3.2 SELECCIÓN FINAL............................................................................ 61
CAPÍTULO 5. DISEÑO DE LAS ALTERNATIVAS...............................................62
5.1 CONSIDERACIONES GENERALES ..................................................... 62
5.1.1 ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO.................................................... 62
5.1.2 ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO ................................................. 63
5.1.3 HUNDIMIENTO .................................................................................. 64
5.2 MURO DE GAVIONES........................................................................... 65
5.2.1 GEOMETRÍA DEL MURO .................................................................. 65
5.2.2 EMPUJE LATERAL DEL RELLENO .................................................. 66
5.2.3 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 7....................................... 68
5.2.4 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 8....................................... 72
5.3 MURO CON CONTRAFUERTES........................................................... 74
5.3.1 GEOMETRÍA DEL MURO .................................................................. 74
5.3.2 EMPUJE LATERAL DE RELLENO .................................................... 75
5.3.3 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2....................... 78
5.3.4 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3....................... 92

VIII
5.3.5 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4......................102
5.4 MURO CAJÓN ......................................................................................130
5.4.1 GEOMETRÍA DEL MURO .................................................................130
5.4.2 EMPUJE LATERAL DEL RELLENO .................................................131
5.4.3 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 2. .................................................133
5.5 SOFTWARE PARA EL DISEÑO DE MUROS CAJÓN...........................156
5.6 ANALISIS COMPARATIVO...................................................................162
5.6.1 ANALISIS ECONÓMICO...................................................................162
5.7 CRONOGRAMA DE CONSTRUCCIÓN................................................169
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...............................170
6.1 CONCLUSIONES.....................................................................................170
6.2 RECOMENDACIONES ............................................................................176
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................177
ANEXOS .............................................................................................................179
ANEXO Nº 1. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES. .............................180
ANEXO Nº 2. DISEÑO DE MURO CON GAVIONES........................................196
ANEXO Nº 3. PLANOS ESTRUCTURALES.....................................................207
ANEXO Nº 4. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ..........................................220

IX
INDICE DE TABLAS
TABLA 2. 1 VALORES DE RESISTIVIDAD PARA VARIOS
MATERIALES................................................................................................... 10
TABLA 2. 2 UBICACIÓN DE LOS PERFILES DE PROSPECCIÓN
GEOELÉCTRICA CONTINUA.......................................................................... 11
TABLA 2. 3 COEFICIENTES PARA OBTENER MANNING .......................... 17
TABLA 2. 4 CONDICIONES DE BORDE DE RÍO ......................................... 18
TABLA 2. 5 CAUDALES DE DISEÑO ........................................................... 18
TABLA 3. 1 PARÁMETROS MECÁNICOS DE SUELO DE RELLENO......... 28
TABLA 3. 2 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS MUROS .................. 29
TABLA 3. 3 SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN 3.2............................................ 30
TABLA 3. 4 PARÁMETROS DE RESISTENCIA A CORTE DE
DISTINTOS MATERIALES............................................................................... 36
TABLA 3. 5 VALORES DE FS CALCULADOS CON EL SLOPE/W .............. 39
TABLA 3. 6 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS MUROS .................. 42
TABLA 3. 7 COEFICIENTES DE ACELERACIÓN SÍSMICA......................... 42
TABLA 3. 8 SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN 3.6............................................ 43
TABLA 4. 1 DEFLEXIONES, MOMENTOS FLECTORES Y
REACCIONES EN UNA PLACA CON TRES BORDES EMPOTRADOS
Y UNO LIBRE, BAJO CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA ................. 53
TABLA 4. 2 DEFLEXIONES, MOMENTOS FLECTORES Y
REACCIONES EN UNA PLACA CON TRES BORDES EMPOTRADOS
Y UNO LIBRE, BAJO CARGA TRIANGULAR.................................................. 54
TABLA 5. 1 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 7………………………69
TABLA 5. 2 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 8............................... 72

X
TABLA 5. 3 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO DE GAVIONES,
PERFIL 8.......................................................................................................... 73
TABLA 5. 4 VALORES DE PRE-DIMENSIONAMIENTO, PERFIL 2............. 78
TABLA 5. 5 DISEÑO DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2......... 80
TABLA 5. 6 PROPIEDADES DE HORMIGÓN ARMADO.............................. 81
TABLA 5. 7 ESFUERZOS MAYORADOS EN PANTALLA, MURO CON
CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 83
TABLA 5. 8 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA, MURO CON
TABLA 5. 9 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CON
TABLA 5. 10 HORQUILLAS EN PANTALLA, MURO CON
TABLA 5. 11 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO CON
TABLA 5. 12 ACERO DE REFUERZO EN DEDO, MURO CON
TABLA 5. 13 CÁLCULO DE CARGAS ACTUANTES SOBRE TALÓN,
MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ........................................................... 87
TABLA 5. 14 ESFUERZOS EN TALÓN, MURO CON
CONTRAFUERTES, PERFIL 2 ........................................................................ 88
TABLA 5. 15 VERIFICACIÓN POR CORTE EN TALÓN, MURO
CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. .............................................................. 89
TABLA 5. 16 ACERO DE REFUERZO EN TALÓN, MURO CON
TABLA 5. 17 HORQUILLAS TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES,
PERFIL 2.......................................................................................................... 90
TABLA 5. 18 ACERO EN CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ........................... 91

XI
TABLA 5. 19 DISEÑO DE MURO CON CONTRAFUERTES,
PERFIL 3.......................................................................................................... 93
TABLA 5. 20 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CON
TABLA 5. 21 ESFUERZOS EN PANTALLA, MURO CON
TABLA 5. 22 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA, MURO
TABLA 5. 23 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CON
TABLA 5. 25 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO CON
TABLA 5. 27 CÁLCULO DE CARGAS ACTUANTES SOBRE
TALÓN, MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ............................................. 98
CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ............................................................ 100
TABLA 5. 31 HORQUILLAS EN TALÓN, MURO CON
CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ..................................................................... 100
TABLA 5. 32 ACERO EN CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ......................... 101
PERFIL 4........................................................................................................ 103

XII
CONTRAFUERTES, PERFIL 4...................................................................... 103
TABLA 5. 36 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA,
MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ................................................ 105
TABLA 5. 37 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO
TABLA 5. 39 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO
TALÓN, MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ........................................... 108
PERFIL 7........................................................................................................ 112

XIII
PERFIL 8........................................................................................................ 121

XIV
TABLA 5. 75 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 2. ...................................... 134
TABLA 5. 76 PROPIEDADES DE HORMIGÓN ARMADO.......................... 135
TABLA 5. 77 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA,
MURO CAJÓN, PERFIL 2.............................................................................. 136
TABLA 5. 78 ACERO DE REFUERZO EN ZAPATA,
MURO CAJÓN, PERFIL 2.............................................................................. 137
TABLA 5. 79 ACERO DE REFUERZO EN LOSETAS, MURO
CAJÓN, PERFIL 2.......................................................................................... 138

XV
TABLA 5. 80 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 3....................................... 139
TABLA 5. 81 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CAJÓN,
PERFIL 3........................................................................................................ 140
TABLA 5. 82 ESFUERZOS EN LA PANTALLA, MURO CAJÓN,
PERFIL 3........................................................................................................ 140
CAJÓN, PERFIL 3.......................................................................................... 141
TABLA 5. 84 ACERO DE REFUERZO EN ZAPATA, MURO
CAJÓN, PERFIL 3.......................................................................................... 141
CAJÓN, PERFIL 3.......................................................................................... 142
PERFIL 4........................................................................................................ 145
PERFIL 4........................................................................................................ 145
CAJÓN, PERFIL 4.......................................................................................... 146
CAJÓN, PERFIL 4.......................................................................................... 146
CAJÓN, PERFIL 4.......................................................................................... 147
PERFIL 7........................................................................................................ 149
PERFIL 7........................................................................................................ 149
CAJÓN, PERFIL 7.......................................................................................... 150

XVI
CAJÓN, PERFIL 7.......................................................................................... 150
CAJÓN, PERFIL 7.......................................................................................... 151
PERFIL 8........................................................................................................ 153
PERFIL 8........................................................................................................ 153
CAJÓN, PERFIL 8.......................................................................................... 154
CAJÓN, PERFIL 7.......................................................................................... 154
CAJÓN, PERFIL 8........................................................................................ 155
TABLA 5. 104 COMPARACIÓN DE VOLÚMENES DE OBRA
Y RUBROS..................................................................................................... 163
INDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. 1 CORTE DEL AZUD, OBRA DE CAPTACIÓN.............................. 2
FIGURA 2. 1 UBICACIÓN DE SECCIONES EN TOPOGRAFÍA
DE OBRA DE CAPTACIÓN. ............................................................................ 15
FIGURA 3. 1 CORTE GEOLÓGICO A-B ....................................................... 26
FIGURA 3. 2 CORTE GEOLÓGICO C-D....................................................... 27
FIGURA 3. 3 PRESIÓN ACTIVA DE COULOMB........................................... 28
FIGURA 3. 4 UBICACIÓN DE PERFILES DE LA MARGEN
IZQUIERDA EN PLANTA................................................................................. 34

XVII
FIGURA 3. 5 UBICACIÓN DE PERFILES DE LA MARGEN
DERECHA EN PLANTA................................................................................... 34
FIGURA 3. 6 VISTA PERFIL 3...................................................................... 35
FIGURA 3. 7 VISTA PERFIL 4....................................................................... 35
FIGURA 3. 8 VISTA PERFIL 8....................................................................... 36
FIGURA 3. 9 PRESIÓN ACTIVA MONONOBE-OKABE................................ 41
FIGURA 4. 1 MÉTODO APROXIMADO PARA LA SOLUCIÓN
DE LA PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES ..................................... 49
FIGURA 4. 2 COEFICIENTES PARA DETERMINAR LOS
MOMENTOS APLICADOS EN LAS VIGAS TIPO............................................ 50
FIGURA 4. 3 PANEL DE PANTALLA EMPOTRADA EN 3
DIRECCIONES ................................................................................................ 53
FIGURA 4. 4 ESQUEMA MURO CAJÓN...................................................... 57
FIGURA 4. 5 ESQUEMA PANTALLA MURO CAJÓN.................................... 58
FIGURA 4. 6 ESQUEMA LOSETA MURO CAJÓN........................................ 59
FIGURA 5. 1 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS................................... 82
FIGURA 5. 2 MODELACIÓN MURO CAJÓN, PERFIL 3 ..................................157
FIGURA 5. 3 MOMENTOS SOBRE ELEMENTOS DE MURO CAJÓN.
(a) CIMENTACIÓN. (b) LOSETA INTERMEDIA. (c) PANTALLA ........................158
FIGURA 5. 4 MOMENTOS SOBRE LOSETAS LUEGO DE
UN ASENTAMIENTO DEL RELLENO ................................................................159
FIGURA 5. 5 DEFORMACIÓN DEL MURO CAJÓN. (a) SIN ASENTAMIENTO
DEL RELLENO BAJO LAS LOSETAS. (b) CON ASENTAMIENTO DEL
RELLENO BAJO LAS LOSETAS ........................................................................160
FIGURA 5. 6 DIAGRAMA DE MOMENTOS DEL MURO CAJÓN. (a) SIN
ASENTAMIENTO DEL RELLENO BAJO LAS LOSETAS. (b) CON
ASENTAMIENTO DEL RELLENO BAJO LAS LOSETAS...................................161

XVIII
INDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1. 1 ESQUEMA DE LA OBRA DE CAPTACIÓN............................. 3
GRÁFICO 1. 2 UBICACIÓN DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO
PUSUNO............................................................................................................ 5
GRÁFICO 2. 1 DISTRIBUCIÓN DE ELECTRÓDOS, MÉTODO DE
WENNER ........................................................................................................... 9
GRÁFICO 2. 2 REPRESENTACIÓN DE UN TERRENO
ESTRATIFICADO............................................................................................. 10
GRÁFICO 2. 3 LITOLOGÍA DEL MARGEN DERECHA DEL
RÍO PUSUNO................................................................................................... 14
GRÁFICO 2. 4 OBRA DE REPRESAMIENTO............................................... 16
GRÁFICO 2. 5 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO A ................... 19
GRÁFICO 2. 6 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO B ................... 19
GRÁFICO 2. 7 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO C................... 20
GRÁFICO 2. 8 RESUMEN DE NIVELES MÁXIMOS DE CRECIDA
POR ESCENARIO ........................................................................................... 21
GRÁFICO 3. 1 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL GEOELÉCTRICO
LR1-LR1´.......................................................................................................... 24
GRÁFICO 3. 2 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL GEOELÉCTRICO
LR2-LR2´.......................................................................................................... 25
GRÁFICO 4. 1 ESQUEMA DE MURO DE GAVIONES.................................. 46
GRÁFICO 4. 2 UBICACIÓN DEL CONTRAFUERTE RESPECTO
AL RELLENO ................................................................................................... 49
GRÁFICO 5. 1 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES,
PERFIL 7.......................................................................................................... 66

XIX
PERFIL 8.......................................................................................................... 68
GRÁFICO 5. 3 ESQUEMA MURO DE GAVIONES, PERFIL 7 ...................... 69
GRÁFICO 5. 4 DIAGRAMA DE PRESIONES, MURO DE GAVIONES,
PERFIL 7.......................................................................................................... 71
GRÁFICO 5. 5 ESQUEMA MURO DE GAVIONES, PERFIL 8 ...................... 72
GRÁFICO 5. 6 DIAGRAMA DE PRESIONES, MURO DE GAVIONES
PERFIL 8.......................................................................................................... 73
GRÁFICO 5. 7 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 2......... 76
GRÁFICO 5. 12 CORTE DE MURO CON CONTRAFUERTES,
PERFIL 2.......................................................................................................... 79
GRÁFICO 5. 13 VISTA FRONTAL MURO CON CONTRAFUERTES
PERFIL 2.......................................................................................................... 79
GRÁFICO 5. 14 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS TIPO DE
PANTALLA, PERFIL 2...................................................................................... 83
GRÁFICO 5. 15 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE DEDO,
PERFIL 2.......................................................................................................... 85
GRÁFICO 5. 16 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE TALÓN,
PERFIL 2.......................................................................................................... 87
GRÁFICO 5. 17 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL TALÓN,
PERFIL 2.......................................................................................................... 88
GRÁFICO 5. 18 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL
CONTRAFUERTE, PERFIL 2 .......................................................................... 91

XX
PERFIL 3.......................................................................................................... 92
PERFIL 3.......................................................................................................... 93
GRÁFICO 5. 21 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS TIPO
DE PANTALLA, PERFIL 3................................................................................ 94
PERFIL 3.......................................................................................................... 97
PERFIL 3.......................................................................................................... 98
PERFIL 3.......................................................................................................... 99
CONTRAFUERTE, PERFIL 3. ....................................................................... 101
PERFIL 4........................................................................................................ 102
PERFIL 4........................................................................................................ 102
GRÁFICO 5. 28 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS DE
PANTALLA, PERFIL 4.................................................................................... 104
PERFIL 4........................................................................................................ 106
PERFIL 4........................................................................................................ 107
PERFIL 4........................................................................................................ 108

XXI
PERFIL 7........................................................................................................ 111
PERFIL 7........................................................................................................ 112
DE PANTALLA, PERFIL 7.............................................................................. 113
PERFIL 7........................................................................................................ 115
PERFIL 7........................................................................................................ 117
PERFIL 7........................................................................................................ 117
PERFIL 8........................................................................................................ 121
PERFIL 8........................................................................................................ 121
DE PANTALLA, PERFIL 8.............................................................................. 123
PERFIL 8........................................................................................................ 125
PERFIL 8........................................................................................................ 126
PERFIL 8........................................................................................................ 127

XXII
PERFIL 2........................................................................................................ 132
PERFIL 3........................................................................................................ 132
PERFIL 4........................................................................................................ 132
GRÁFICO 5. 50 ESQUEMA MURO CAJÓN, PERFIL 2............................... 133
INDICE DE FOTOGRAFÍAS
FOTOGRAFÍA 1. 1 TALUD NATURAL MARGEN IZQUIERDA ....................... 4
FOTOGRAFÍA 1. 2 TALUD NATURAL MARGEN DERECHA ......................... 4
FOTOGRAFÍA 2. 1 BLOQUES DE MATERIAL SOBRE EL RÍO
PUSUNO.......................................................................................................... 12
FOTOGRAFÍA 2. 2 ENSAYO EN CAMPO PARA EL CÁLCULO DE
COEFICIENTE DE FRICCIÓN......................................................................... 13

XXIII
RESUMEN
El presente trabajo contiene el estudio de tres alternativas de muros de
contención a partir de datos e información, brindados por la empresa Elit Energy
en calidad de consultor, para el Proyecto Hidroeléctrico “Pusuno”,
específicamente en la obra de captación, ubicada en el Río Pusuno, en la ciudad
de Misahuallí provincia de Napo. El propósito de este estudio es utilizar la
información necesaria de mecánica de suelos y topografía, para determinar la
estabilidad de los taludes generados por los cortes para la implantación del
proyecto, y cumpliendo con los parámetros mínimos de estabilidad establecidos
en la literatura técnica.
En un inicio este trabajo recopila la información entregada por la empresa
consultora, como lo son estudios geológicos, geotécnicos, topográficos,
hidrológicos e hidráulicos; para luego plantear varias alternativas de muros de
contención que brinden una solución a la estabilidad de los taludes en ambas
márgenes del Río Pusuno, y que permita el funcionamiento de la obra de
captación de acuerdo a las solicitaciones de su diseño hidráulico. Las distintas
alternativas de muros fueron diseñados bajo parámetros semejantes dependiendo
de su naturaleza, y cumpliendo con todas las solicitaciones de seguridad según lo
establece la literatura técnica.
Como se especifica en el Capítulo 5, se hizo un análisis técnico comparativo de
las tres alternativas tomando como principal referencia el costo y el tiempo que
conllevaría realizar cada uno de ellas. Las alternativas planteadas para este
proyecto son MUROS DE GAVIONES, MUROS CON CONTRAFUERTES Y
MUROS CAJÓN, de las cuales se seleccionó la última como más eficiente, por
sus beneficios en tiempo y costo que tiene sobre las otras dos alternativas
planteadas.
Palabras clave: Muros de Contención, Análisis Técnico Comparativo

XXIV
ABSTRACT
The following thesis contains the study and design of three alternatives of retaining
walls, based on information and data provided by the company Elit Energy, as an
external consultant for the Hydroelectric Project “Pusuno”, specifically in the lateral
walls of the weir structure, located on Pusuno River, in the city of Misahuallí
province of Napo. The purpose of the study is the use of necessary soil mechanics
information and topography data, to define the stability of the slopes formed by the
soil cut and implantation of the project, satisfying the minimum stability parameters
established in the technique literature.
Initially this thesis collects the information provided by the consultant, such as
geology, geotechnics, topography, hydraulic and hydrology studies; then
propounds diverse alternatives of retaining walls as a solution for the slope
stability in the left and right riverside, allowing the correct performance of the water
catchment structure based on its hydraulic design. The different alternatives of
walls are design under similar conditions according to its nature, and fulfilling all
the safety solicitations established by the technique literature.
In the Chapter 5 of this thesis, there is a technical analysis and comparison of the
three main alternatives, using as principal reference time and cost that would lead
performing each one of them. The three main alternatives for this project are
GABIONS WALLS, COUNTERFORT WALLS AND BOX WALLS, being the last
one more efficient, according to its advantages in time and cost over the other two
alternatives of retaining walls.
Keywords: Retaining Walls, Technical Analysis and Comparison.

XXV
PRESENTACIÓN
En la actualidad en nuestro país, se puede observar que existe una gran inversión
en proyectos hidroeléctricos, que buscan aprovechar al máximo las fuentes
hídricas y así proveer de energía eléctrica a toda la población. Estas estructuras
normalmente se implantan en lugares donde exista un máximo aprovechamiento
de los recursos naturales, y para esto las obras complementarias deben
adecuarse a las necesidades del diseño.
Para el caso del Proyecto Hidroeléctrico Pusuno, el diseño hidráulico ha
establecido una implantación del azud en el río del mismo nombre, la cual
contiene unos muros de ala de dimensiones considerables en altura y en
extensión, debido a los cortes que se deben hacer en los taludes, en la
profundidad de un estrato firme de cimentación.
La Empresa Consultora a cargo del proyecto hidroeléctrico había propuesto dos
alternativas típicas de muros de contención, que son Muros de Gaviones y Muros
con Contrafuertes, y aunque sus diseños sean fáciles y de conocimiento general,
no siempre son las más factibles debido al aumento de costos y tiempos de
realización, incrementando al presupuesto del proyecto. Es por esto que el
presente estudio se enfoca en: conocer y plantear una nueva técnica y dar
variantes a los métodos tradicionales de muros de contención y estabilidad de
taludes, ofrecer una solución que mejore el desempeño en el proceso
constructivo, garantizar la durabilidad y la funcionalidad. Cumpliéndose todo esto
se aseguraría la aminoración de los costos y el aprovechamiento de los recursos
destinados.
Esta nueva alternativa planteada llamada Muro Cajón, no tiene una base ni un
estudio previo sobre un pre-dimensionamiento geométrico que facilite un diseño
más eficiente, además no se tiene hasta ahora conocimiento sobre posibles
restricciones en el diseño y bajo qué condiciones. A pesar de todo esto, ha sido
probada como solución de estabilidad de taludes en algunas partes del país,
dando resultados satisfactorios.

1
CAPÍTULO 1
ANTECEDENTES
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Proponer y diseñar alternativas económicas y constructivamente adecuadas para
los muros de ala del Proyecto Hidroeléctrico Pusuno, ubicado en el Rio del mismo
nombre, en la provincia de Napo, cantón Tena, parroquia Misahuallí.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
· Recopilar información acerca de las propiedades mecánicas del suelo y de
los materiales de la zona, así como también datos hidrológicos para diseño
· Analizar las posibles alternativas que sean más óptimas y aplicables, para
el diseño de los muros de ala del proyecto.
· Comparar las alternativas propuestas en términos económicos y
constructivos, de acuerdo a los parámetros más importantes de cada muro
tipo.
1.2 GENERALIDADES
La teoría de muros de contención siempre va a ir de la mano con la mecánica de
suelos, para este tipo de obras es indispensable el conocimiento de las
propiedades físicas y mecánicas del suelo de la zona
La determinación de estas propiedades permitirá escoger la mejor alternativa de
muro que cumpla con las solicitaciones de cargas, cumplir con la estabilidad
externa e interna de la masa de suelo contenida, satisfacer los factores de
seguridad, entre otras. El diseño y análisis de muros estará además enfocado en

2
la optimización de los materiales y mano de obra de la zona, reducir costos y
tiempos de construcción.
El suelo como tal es un material muy susceptible a cambios en el tiempo y la
estabilidad de taludes abarca varios factores a ser tomados en cuenta como el
tipo de falla, la forma de falla, peso unitario, presión lateral. La interpretación de
estos factores servirá como datos para el diseño de las tres alternativas
propuestas en este estudio
El presente trabajo busca encontrar la mejor entre las tres alternativas planteadas
inicialmente para el proyecto que son Muro de gaviones, Muro con Contrafuertes,
y el Muro Cajón. Estas deben satisfacer todas las condiciones antes mencionadas
de estabilidad y seguridad, esto para los muros de ala en la obra de captación del
Proyecto Hidroeléctrico Pusuno, ubicada en el Río Pusuno que es un afluente del
Rio Napo, en la provincia de Napo, cantón Tena, parroquia Misahuallí.
FIGURA 1. 1 CORTE DEL AZUD, OBRA DE CAPTACIÓN
FUENTE: IDD Consultores
En la zona del proyecto, el talud de la Margen Izquierda como el talud de la
Margen Derecha del río tiene una gran altura y además una pendiente
considerable, la parte superior del talud está cubierta por una capa vegetal y en la

3
parte inferior existe la presencia de material rocoso erosionado por la misma
acción del río como se muestra en la Fotografía 1.1. En la siguiente imagen se
puede apreciar la ubicación de los muros de ala en el proyecto, así como también
la ubicación de los distintos componentes que conforman la obra de captación.
GRÁFICO 1. 1 ESQUEMA DE LA OBRA DE CAPTACIÓN
FUENTE: Elit Energy
En la Margen Izquierda los taludes son aún mayores, necesitando así muros que
van desde los 7 a los 20 metros de altura, con pendientes de 44˚ en el talud y una
longitud total de 22.50 metros. En la Margen derecha los taludes también son
considerables, necesitando muros que van desde los 8 a los 14 metros de altura,
con pendientes de 27˚ en el talud y una longitud total de 14.20 metros.
En las fotografías 1.1 y 1.2 se muestran los taludes en su etapa inicial antes de
colocarse el muro.

4
FOTOGRAFÍA 1. 1 TALUD NATURAL MARGEN IZQUIERDA
ELABORACIÓN: Juan J. Torres
FOTOGRAFÍA 1. 2 TALUD NATURAL MARGEN DERECHA

5
1.3 UBICACIÓN
El Proyecto Hidroeléctrico Pusuno está ubicado en la provincia de Napo, cantón
Tena, parroquia Misahuallí, toma agua del Río Pusuno que es un afluente del Rio
Napo en la vertiente amazónica del Ecuador ( 01˚02`00``S 77˚40`00``W)
GRÁFICO 1. 2 UBICACIÓN DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PUSUNO
FUENTE: Elit Energy
1.4 ALCANCE
El presente estudio se enfoca en la estabilidad de los taludes que se encuentran
localizados en la obra de captación del Proyecto Hidroeléctrico Pusuno y las
opciones aplicables y funcionales de muros para la estabilización de dichos
taludes.
Los muros de gaviones, muros con contrafuertes y muros tipo cajón, son viables
para el proyecto, con ventajas y desventajas técnicas y constructivas una sobre la
otra, brindando conocimientos teóricos y experimentales que posibiliten el análisis
comparativo y faciliten la elección de la mejor alternativa para el proyecto.
La alternativa seleccionada resulta ventajosa sobre las otras en relación a la
factibilidad constructiva y económica, al comparar los diseños finales de todas las
opciones de muro. Se hará hincapié en rubros como mano de obra y material,

6
siendo este último el principal debido al difícil acceso al lugar de captación. De
estos rubros dependerá directamente el tiempo y correcta ejecución de la obra.
El estudio busca ser sistemático, ofrecer conocimientos fundamentales de
estabilidad de taludes y mecánica de suelos, criterios básicos de
dimensionamiento, análisis y diseño estructural, nociones básicas de hidrología y
principalmente el análisis de factibilidad y eficiencia de varias opciones bajo
parámetros similares.

7
CAPÍTULO 2
TRABAJOS DE CAMPO
Para el análisis de estabilización de taludes y diseño de los muros de ala de la
obra de captación del Proyecto hidroeléctrico Pusuno es necesario contar con un
estudio geológico y geotécnico para recopilar datos e información sobre el suelo
de la zona, así como también sus características principales y estratigrafías del
sector.
Se requiere además datos topográficos de los taludes tales como geometría,
altura, pendientes; además se necesitarán datos hidráulicos e hidrológicos que
permitan determinar los caudales de trabajo y caudales máximos y mínimos, todo
esto permitirá dimensionar los muros.
Esta información, ya fue determinada en estudios anteriores, y fue proporcionada
por la empresa consultora ELIT ENERGY.
2.1 ESTUDIO GEOTÉCNICO
Se realizan con el propósito de determinar las propiedades físicas y mecánicas de
los suelos como la cohesión, ángulo de fricción y peso unitario para determinar los
diagramas de presiones, para el diseño de las varias alternativas de muros es
necesaria la capacidad del suelo para el diseño de la cimentación, las
profundidades en los que se encuentran cada tipo de suelo y el espesor de los
estratos.
En este caso ELIT ENERGY realizó varios ensayos geológicos, veinte metros
aguas arriba de la captación. Las pruebas realizadas fueron la resistividad
eléctrica con la norma ASTM G 5795 A para determinar los posibles estratos,
además fueron tomadas algunas muestras alteradas o semialteradas para
ensayos de compresión y corte en sitio.

8
2.1.1 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA
La resistividad eléctrica se denomina con la letra ρ, este ensayo cuantifica la
dificultad que encuentra la corriente eléctrica tanto en profundidad como
lateralmente, para atravesar un cubo de dimensiones unitarias del material a
medirse, en este caso el suelo.
Varios son los factores que afectan a la toma de medidas de resistividad como
son:
· Tipo de suelo.
· Mezcla de diversos tipos de suelos.
· Suelos con capas estratificadas a profundidades y materiales diferentes.
· Contenido de humedad.
· Temperatura.
· Compactación y presión.
· Composición y concentración de sales disueltas.
Estrictamente hablando, todos los cuerpos son conductores eléctricos en menor o
mayor medida, de cargas pueden ser electrones o iones, siendo la primera para
metales y semiconductores y las segundas para materiales como rocas y
electrolitos.
Los suelos básicamente están formados por Óxido de Aluminio y Óxido de Silicio,
que funcionan como grandes aislantes, estos ofrecerán una resistencia al paso de
la corriente eléctrica
Las rocas tienen poros en mayor o menor proporción (al igual que los suelos que
tienen mayor o menor relación de vacíos), y suelen estar ocupados total o
parcialmente por electrolitos que hacen que la roca se comporte como un
conductor iónico con un margen de resistividad muy variable y que depende de
factores antes mencionados
Existen varios métodos para medir la resistividad eléctrica en los suelos, entre
ellos el método Dipolo-Dipolo o el de Schlumberger, pero el más usado es el
método de James Frank Wenner o solo método de Wenner, que consiste en

9
enterrar 4 electrodos tipo varillas “a” una profundidad “b” y espaciados en línea
recta a una distancia “a”. (Cárdenas & Galvis, 2011)
GRÁFICO 2. 1 DISTRIBUCIÓN DE ELECTRÓDOS, MÉTODO DE WENNER
FUENTE: Cárdenas Y Galvis
Se inyecta una corriente de intensidad “I” en los electrodos exteriores y un
potencial “V” en los electrodos internos, el instrumento mide la resistencia R = V/I
del volumen del cilindro de radio a, entonces el valor de la resistividad aparente ρa
a la profundidad a se calcula por la siguiente ecuación:
! ="
#"$"%"&
'("
)"*
+*),-".)
"/"
)*
+-"*),-".)
Debido a la distancia a es mayor que la distancia b, la ecuación se simplifica a:
! = 2"0"1"3
En este ensayo utilizaron el equipo de resistividad SuperSting® R8 IP con salida
de 8 canales y medición continua de resistividades mediante uso de 8 cables con
56 electrodos en total, este artefacto permite obtener en forma automática y
después de procesar la información obtenida en campo, datos para los distintos
tipos de métodos (Wenner, Dipolo-Dipolo o Schlumberger) de acuerdo a un
arreglo electródico sobre el equipo. (HIDROGEOCOL ECUADOR Cia. Ltda.,
2015)
Los valores tomados a varias profundidades y en varios perfiles a lo largo de toda
el área de estudio darán una idea de las capas y estratos que existen. En la
siguiente tabla se puede apreciar los distintos valores de resistividad para
(2.1)
(2.2)

10
distintos materiales y así hacerse una idea del material que conforma cada capa.
Este valor es subjetivo, la buena interpretación de datos está dada por la
experticia del Ingeniero Geólogo y de la confiabilidad de su equipo.
TABLA 2. 1 VALORES DE RESISTIVIDAD PARA VARIOS MATERIALES
Rocas o Sedimentos Resistividad (Ohm)
Arcilla y Limolita 2 - 15
Arena Seca > 200
Arena Saturada con agua dulce 20 - 150
Arena Saturada con agua salobre 5 - 15
Arena Saturada con agua salada < 5
Grava saturada con agua dulce 50 - 300
Arenisca con agua dulce 30 - 50
Caliza porosa con agua dulce < 500
Caliza compacta > 500
Roca ignea, volcánica o metamórfica
fracturada saturada con agua dulce 200 - 1000
Roca ignea, volcánica o metamórfica
masiva > 1000
FUENTE: Hidrogeocol Ecuador Cia. Ltda
Normalmente se toma un modelo de capas en paralelo, y los límites en las capas
están dados por las diferencias entre medidas de resistividad.
GRÁFICO 2. 2 REPRESENTACIÓN DE UN TERRENO ESTRATIFICADO
FUENTE: Cárdenas Y Galvis

11
Para la captación del Río Pusuno las tareas de campo consistieron en el
levantamiento de 3 perfiles de prospección geoelectrica continua, las cuales
fueron ubicadas de acuerdo a las necesidades del proyecto.
TABLA 2. 2 UBICACIÓN DE LOS PERFILES DE PROSPECCIÓN
GEOELÉCTRICA CONTINUA
Perfil
Identificación
del Punto
Coordenadas WGS 84
Dirección
Longitud
del Perfil
Separación
electródos
17 S
Este (m) Norte (m) (m) (m)
LR1-LR1`
LR1 208615 9894440
E-W 56,00 1,00
LR1` 208589 9894462
LR2-LR2`
LSR2 208588 9894395
N-S 100,00 2,00
LSR2` 208589 9894487
LR3-LR3`
LSR3 207046 9893629
E-W 825,00 15,00
LSR3` 206276 9893378
El método de la resistividad eléctrica es quizás el método más útil para evaluar a
través de una sección las características, condiciones, la identificación y
localización en extensión y profundidad, de las diferentes capas y/o cuerpos de
materiales que conforman el subsuelo, así como también algunas propiedades
geológicas y estructurales de los materiales que conforman el área de estudio,
más no propiedades mecánicas.
2.1.2 ANÁLISIS VISUAL Y ENSAYOS DE RESISTENCIA
En el lecho del río se puede apreciar visualmente la presencia de lutitas que son
bastantes estables y resistentes, aunque si se encuentran sujetas a alteraciones
constantes, fácilmente se transforman en arcillas cuyas propiedades mecánicas
son relativamente poco competentes.
De estas lutitas se tomaron muestras y se tallaron 5 probetas que fueron
sometidas a ensayos de Penetración de Cono dando como resultado un valor de
esfuerzo máximo de 10.87 kg/cm2 en promedio. Se tallaron además probetas
para ensayos de corte in situ de la lutita saturada, dando como resultados valores

12
de resistencia al corte de 1.44 kg/cm2. El ensayo y el procesamiento de la
información fueron brindados por la empresa ELIT ENERGY.
FOTOGRAFÍA 2. 1 BLOQUES DE MATERIAL SOBRE EL RÍO PUSUNO
En el sitio, se arrastró un bloque de caliza de 12.7 kg de peso (8.1 kg de peso
sumergido), 4.6 dm3 de volumen y peso específico de 2.76 g/cm3, sobre una
superficie de lutita no alterada, sumergida y horizontal; esto para calcular el
coeficiente de fricción estática µs in situ dando como resultado 0.35.
El ensayo para determinar este coeficiente consiste en arrastrar un bloque de
peso conocido con una soga, en el otro extremo se encuentra un dinamómetro.
Las lecturas que se deben tomar son aquellas marcadas en el dinamómetro
apenas comience el movimiento del bloque, en este punto se dice que la fuerza
ejercida para mover el bloque es igual a la fuerza de fricción FF pero en dirección
contraria. Es recomendable tomar varias lecturas en el dinamómetro y sacar un
promedio de estas.
La fuerza normal W es aquella producida por el sitio de apoyo, y es igual al peso
del bloque pero en dirección contraria.
Para calcular el coeficiente de fricción, se aplica la siguiente ecuación:
45 = "6" × "7 (2.3)

13
Este tipo de ensayo, es de carácter empírico, y da una idea aproximada del
verdadero coeficiente de fricción estático.
FOTOGRAFÍA 2. 2 ENSAYO EN CAMPO PARA EL CÁLCULO DE
COEFICIENTE DE FRICCIÓN
2.1.3 LITOLOGÍA DEL SECTOR.
En el sector de estudio, básicamente de definieron 2 diferentes litologías
asociadas:
· Lutitas de color gris oscuro a negro, de estructura foliada, presenta
fisibilidad, texturas pelitica. Su composición mineralógica consiste
principalmente en minerales arcillosos y de cuarzo, en menor cantidad
carbonatos y fosfatos (alrededor del 5%). La roca en general se encuentra
en estado fresco, y su coloración oscura es un claro indicador de un alto
contenido de material bituminoso.
· Calizas de colores claros, laminados pero mayoritariamente masivas, su
textura deposicional se la define como Boundstone, ya que en su mayoría
presenta granos soldados entre sí. Su composición es calcita con ligeras
contaminaciones de arcillas y material bituminoso además se puede
apreciar contenidos fósiles.

14
GRÁFICO 2. 3 LITOLOGÍA DEL MARGEN DERECHA DEL RÍO PUSUNO
En el gráfico se puede apreciar una estratificación gradada, de textura pelitica,
capas de lutita y caliza intercaladas, el material bituminoso es fácilmente
apreciable. Existen rocas fracturadas localmente y bloques caídos, en la parte
superior se observa la presencia de material coluvial. (HIDROGEOCOL
ECUADOR Cia. Ltda., 2015)
2.2 ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS.
Para determinar la geometría y posterior diseño de los muros de ala de la
captación, ELIT ENERGY realizó una toma de datos para un levantamiento
topográfico general en el lugar y sus características principales; la topografía del
lugar permitirá la implantación del proyecto.
El levantamiento topográfico estuvo a cargo de un grupo de personas calificadas y
con ayuda de equipos de medición topográfica necesarios para la recopilación de
datos. Posteriormente se usará esta información para procesarla y definir planos
topográficos en planta y elevación. Esta información también se obtuvo del

15
propietario del proyecto, ELIT ENERGY proporcionó un plano de la topografía del
lugar de la obra de captación, a escala 1:1000 y con curvas de nivel cada metro.
FIGURA 2. 1 UBICACIÓN DE SECCIONES EN TOPOGRAFÍA DE OBRA DE
CAPTACIÓN.
FUENTE: Elit Energy
De la topografía se definieron algunos parámetros necesarios para el diseño de
los muros:
- Para la margen derecha las alturas de los taludes es de aproximadamente
18 metros, con pendientes de 27˚ y una longitud total de 14.20 metros en el
tramo donde se implantará el muro
- Para la margen izquierda las alturas de los taludes es de aproximadamente
18 metros, con pendientes de 44˚ en el talud y una longitud total de 22.50
metros en el tramo donde se implantará el muro.
- La cota más baja en el fondo del río está al nivel 738.15 msnm. Mientras
que la cota más alta medida está alrededor de los 766.00 msnm
2.3 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS
Para definir las alturas de los muros, fue necesario un estudio hidrológico, a partir
de para los datos de caudales máximos y calados máximos esperados, dentro de

16
un periodo de retorno de diseño establecido por la teoría de diseño de este tipo de
obras.
Las obras tomadas en cuenta para este modelo constan de un un Azud tipo
vertedero con un ancho de 22.00m, ubicado en la cota 755.15 msnm., un orificio
para caudal ecológico de 0.70x0.85 m, 2 compuertas radiales de 4.00x4.00 m,
ubicados en la cota 745.15 msnm, una obra de toma lateral con 3 orificios de
2.60x2.00 m, ubicados en la cota 753.15 msnm, conforme al siguiente gráfico:
GRÁFICO 2. 4 OBRA DE REPRESAMIENTO.
FUENTE: Elit Energy
2.3.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS
Estos estudios fueron brindados por los consultores del proyecto. Inicialmente se
definieron valores de acuerdo a la literatura, como es el Coeficiente de Rugosidad
o de Manning y las pendientes arrojadas de los estudios topográficos. (ELIT
ENERGY, 2015)
La ecuación para la determinación del coeficiente de rugosidad está propuesta
por la siguiente ecuación:
8 = 98: ; 8' ; 8< ; 8> ; 8#?@ AB
(2.4)

17
Dónde:
no: es un valor básico de n para un canal recto, uniforme y liso en los
materiales naturales involucrados.
n1: corrección por rugosidades superficiales
n2: correcciones por variaciones en forma y tamaño
n3: valor que estima las obstrucciones
n4: valor que considera la vegetación y las condiciones de flujo.
m5: factor de corrección por efectos de meandros.
Para valorar no en cauces se ha utilizado la relación:
8: = C@CDE9FB:?'GH
Dónde:
d50: es el tamaño de partícula del material del fondo, correspondiente al 50%
de suelo que pasa.
Se han considerado los siguientes valores:
TABLA 2. 3 COEFICIENTES PARA OBTENER MANNING
FUENTE: Elit Energy
COEFICIENTES CAUCE LADERA
d50 0.60
n0 0.038 0.028
n1 0.010 0.010
n2 0.006 0.006
n3 0.020 0.020
n4 0.000 0.047
m5 1.13 1.13
n 0.083 0.125
MANNING
(2.5)

18
Las condiciones aguas arriba y aguas abajo, el nivel de agua se ha tomado igual
al correspondiente nivel normal del río en las secciones de borde. Este nivel
normal se calcula con una pendiente de fondo de cauce igual a aquella observada
en los extremos del tramo.
TABLA 2. 4 CONDICIONES DE BORDE DE RÍO
FUENTE: Elit Energy
TABLA 2. 5 CAUDALES DE DISEÑO
FUENTE: Elit Energy
Para el diseño se analizaron 3 escenarios distintos, con lluvias de un periodo de
retorno de 100 años, estos están detallados a continuación:
Escenario A: En este escenario, durante la creciente las dos compuertas radiales
están completamente cerradas permitiendo el vertido únicamente sobre el
vertedero, la bocatoma y el orificio de caudal ecológico. El nivel de agua con esta
condición alcanza la cota 758.73 msnm, para un periodo de retorno de 100 años.
0.03293
0.06693
CONDICIONES DE BORDE DEL RIO
Pendiente Normal (UpS)
Pendiente Normal (DwS)
Tr (años) Q (m3/s)
10 179.20
100 350.00

19
GRÁFICO 2. 5 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO A
FUENTE: Elit Energy
Escenario B: En este escenario se acepta que por algún problema eventual sea
imposible elevar una compuerta radial por tanto es operativa una sola compuerta
radial. El caudal centenario vierte por el vertedero frontal, por la compuerta radial
por la bocatoma y por el orificio de caudal ecológico. El nivel alcanzado por la
creciente en esta condición es de 757.55 msnm.
GRÁFICO 2. 6 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO B
FUENTE: Elit Energy
Escenario C: Corresponde a la condición en que las dos compuertas están
completamente abiertas, permitiendo el paso del flujo a través del vertedero, de
las compuertas radiales, la bocatoma y el orificio de caudal ecológico. El nivel de
aguas llega a la cota 756.27 msnm para un Tr=100años.

20
GRÁFICO 2. 7 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO C
FUENTE: Elit Energy
Análisis de escenarios: Se dispone de dos compuertas radiales para enfrentar el
evento centenario. Los eventos centenarios son asociados a lluvias muy intensas
de corta duración en los que han existido lluvias durante tres a cuatro días
previos. Los resultados son eventos de crecientes con picos muy altos y
duraciones pequeñas.
El escenario A es la condición más crítica de diseño como consecuencia de
despreciar la capacidad operativa de las compuertas ante estas eventuales
crecientes. La incorporación de elementos móviles automáticos en función de la
carga de la compuerta debería considerarse en los diseños mecánicos de las
compuertas con el objetivo de minimizar; en lo posible, errores humanos en la
operación. En esta condición el azud requiere mayor carga para verter el caudal
centenario en su totalidad (350 m3
/s).
En el otro lado está el escenario C, que de todos es el más optimista, asumiendo
que ambas compuertas trabajan al 100% de su efectividad. Los niveles de agua
alcanzados, para los distintos escenarios, se los puede apreciar de mejor manera
en el siguiente gráfico.

21
GRÁFICO 2. 8 RESUMEN DE NIVELES MÁXIMOS DE CRECIDA POR
ESCENARIO
FUENTE: Elit Energy
Por lo tanto, el nivel que se tomará para el diseño de los muros de ala, es el nivel
correspondiente al análisis del escenario A, que es de 758,73 msnm.
Escenario A Escenario B
Escenario C

22
CAPÍTULO 3
TRABAJOS DE GABINETE
Con el fin de determinar el comportamiento del suelo y la influencia sobre el
diseño de las posibles alternativas de muros, se realizan los trabajos de gabinete
con los datos obtenidos de los estudios, ensayos en campo y datos obtenidos por
la consultora.
3.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
La clasificación e identificación de los suelos, se basa en los resultados obtenidos
del ensayo de resistividad eléctrica realizada en campo. Una vez obtenidos todos
los datos de resistividad medidos en Ωm en campo y algunos datos topográficos,
HIDROGEOCOL ECUADOR Cia. Ltda., empresa encargada del ensayo de
resistividad eléctrica en campo, procedió a organizar y filtrar los datos para su
posterior procesamiento, de tal manera que los perfiles levantados en el área
permitan evaluar las condiciones geológicas presentes. Para esto se utilizó un
software especializado llamado EarthImager® 2D vs. 2.0.4., que pertenece a
AGIUSA®. El programa trata individualmente a cada perfil, procesándolos
utilizando algoritmos adecuados, a esto se le debe sumar la técnica y la
experiencia del consultor.
El programa dispone de varias opciones para la interpretación de los datos, para
elegir la mejor opción, es necesario el conocimiento de las condiciones geológicas
del terreno, el factor topográfico, y de la tendencia que sigan los datos de
resistividad tomados en campo
El proceso de interpretación es iterativo, en primera instancia se busca que el
modelo de interpretación matemática genere una imagen de resistividades
aparentes calculadas, similares a las obtenidas en campo. En segunda instancia
se verifica que este modelo real resultante tenga similitud con la interpretación

23
geológica. Todo esto con el fin de tener criterios para la selección de la solución
que más se aproxime a las condiciones naturales presentes.
Con base al modelo final resultante y teniendo en cuenta la topografía, se elabora
el modelo final de interpretación geológica. El programa es bastante amigable, ya
que muestra en un gráfico de los perfiles finales, con una variedad de colores que
representan los distintos materiales encontrados en el subsuelo.
3.1.1 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL LR1-LR1`
El perfil geoeléctrico en las pseudosecciones muestra resistividades aparentes
entre los 25 y los 299 Ohm-m. En el modelo geológico-geoeléctrico interpretado,
establecido el rango de resistividades y hecha la corrección por topografía; la
imagen de resistividad invertida muestra un rango de valores entre los 18 y los
500 Ohm-m. (HIDROGEOCOL ECUADOR Cia. Ltda., 2015)
Establecidos los rangos de resistividad y de acuerdo a la imagen de resistividad
invertida, se interpreta la existencia de 3 unidades geoeléctricas.
· UG1: Representada por tonalidades azules y celestes, con valores de
resistividad que fluctúan entre 18 y 70 Ohm-m. Este rango se encontraría
conformado en su mayoría de lutitas con intercalaciones mínimas de
calizas. Los espesores de esta unidad se encuentran entre los 2 y 10
metros.
· UG2: Representada con el color verde y todas sus distintas tonalidades,
con valores de resistividad que varían entre 70 a 150 Ohm-m. Este material
representarían capas de material coluvial y materiales de relleno. La
diferencia entre el UG1 y el UG2 marcarían un cambio en el estrato entre
las lutitas-calizas y el material coluvial y de relleno. Los espesores de esta
unidad está entre los 1 y 4 metros.
· UG3: Representada por los colores amarillo, naranja y rojo, con valores de
resistividad entre 150 y 500 Ohm-m. Este material representaría capas de
calizas masivas bioclásticas y lutitas. Los espesores de esta unidad varían
aproximadamente entre 1 y 4 metros

24
GRÁFICO 3. 1 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL GEOELÉCTRICO LR1-LR1´
.
3.1.2 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL LR2-LR2`
El perfil geoeléctrico en las pseudosecciones muestra resistividades aparentes
entre los 20 y los 281 Ohm-m. En el modelo geológico-geoeléctrico interpretado,
establecido el rango de resistividades y hecha la corrección por topografía; la
imagen de resistividad invertida muestra un rango de valores entre los 2 y los 500
Ohm-m, todo esto para el arreglo de Wenner. (HIDROGEOCOL ECUADOR Cia.
Ltda., 2015)
Establecidos los rangos de resistividad y de acuerdo a la imagen de resistividad
invertida, se interpreta la existencia de 3 unidades geoeléctricas.
· UG1: Representada por tonalidades azules y celestes, con valores de
resistividad que fluctúan entre 4 y 30 Ohm-m. Este rango se encontraría
conformado por una sucesión de lutitas con intercalaciones de calizas con
ciertas anomalías con resistividades bajas que representarían lentes
saturados. Los espesores de esta unidad es de 10 metros
aproximadamente. También se puede apreciar que en la superficie se
encuentran materiales coluviales saturados.
· UG2: Representada con el color verde y todas sus distintas tonalidades,
con valores de resistividad que varían entre 30 a 99 Ohm-m. Este material

25
estaría representado mayoritariamente por lutitas con intercalaciones de
calizas de humedad alta. Los espesores de esta unidad está entre los 1 y
15 metros.
· UG3: Representada por los colores naranja y rojo, con valores de
resistividad entre 99 y 500 Ohm-m. Este material representaría capas de
material coluvial y de relleno con resistividades fácilmente reconocibles a
nivel superficial. Los espesores de esta unidad varían aproximadamente
entre 2 y 5 metros. En esta unidad se ve claramente una estructura con
resistividades cercanas a los 152 Ohm-m que corta la continuidad de las
unidades 1 y 2 de manera horizontal, esta capa representa una litología de
lutitas intercaladas con calizas.
GRÁFICO 3. 2 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL GEOELÉCTRICO LR2-LR2´
Con la interpretación de las distintas unidades tomadas del análisis de los 3
perfiles, se procede a armar un corte geológico
El gráfico a continuación mostrado representa el corte geológico en sentido
paralelo al azud, contiene las distintas capas encontradas en el estudio ubicado
20 metros aguas arriba de la obra de captación, así como las dimensiones de
cada capa.

26
FIGURA 3. 1 CORTE GEOLÓGICO A-B
FUENTE: Elit Energy
En los primeros estratos del perfil, se puede apreciar que en el fondo del cauce se
encuentra una capa de suelo aluvial de 4.5 metros de espesor aproximadamente,
en la margen derecha del río Pusuno existe una capa de suelos coluviales de un
espesor promedio de 6.5 metros. Por último en la margen izquierda existen
bloques volcados de suelo de un espesor promedio de 4.0 metros.
Las capas siguientes están conformadas por calizas con espesores entre 0.5 a
4.5 metros, y lutitas con espesores entre 1.0 y 3.0 metros. Para el diseño, las
cimentaciones de los muros deben de evitar los suelos aluviales y coluviales ya
que estos tienden a erosionarse debido a la acción del río, en especial en ríos del
oriente cuyos caudales son elevados, es por eso que se optó por apoyar la
cimentación sobre un estrato más firme ya sea de la caliza o de la lutita.
Adicional a esto, se procesaron cortes en dirección perpendicular al azud, tal y
como se puede observar en la siguiente figura.

27
FIGURA 3. 2 CORTE GEOLÓGICO C-D
FUENTE: Elit Energy
El corte CD pasa aproximadamente por el medio del cauce del río Pusuno, es
aquí donde se encuentra la capa de mayor espesor de material aluvial de
aproximadamente unos 6.00 metros en promedio, a partir de esta capa se
encuentran intercaladas como en el corte en paralelo, capas de lutitas y de calizas
de espesores que bordean entre los 1.50 y los 3.50 metros. Así mismo es
necesario que el azud se encuentre cimentado sobre un estrato más firme por
posible deslizamiento del mismo, evitando los suelos aluviales presentes en el
cauce, en este caso se implantó el azud en la capa de caliza de espesor de 1.70
metros en promedio, por debajo del suelo aluvial.
3.2 DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES Ka y Kp
Los coeficientes Ka y Kp son el empuje activo y el empuje pasivo
respectivamente, según la teoría de Coulomb sobre el empuje de suelo aplicado
en una estructura de retención. Estos coeficientes dependen de las propiedades

28
mecánicas del suelo, así como también de la geometría del muro a implantarse.
(Auz, 2010)
Elit Energy llevó a cabo un ensayo Triaxial en suelos, bajo las condiciones CU
(Consolidado – No drenado) sobre una roca del sector, a través de este ensayo
se determinó el ángulo de fricción de 39º. Para el caso del relleno compactado
tras el muro se toma un valor cercano, puesto que la roca se fragmentará y
perderá sus propiedades. Para los suelos de relleno, estos parámetros mecánicos
son típicos.
TABLA 3. 1 PARÁMETROS MECÁNICOS DE SUELO DE RELLENO
Ángulo de Fricción φ 30,0 ˚
Cohesión c 0,08 ton/m2
Peso Unitario ϒ 1,90 ton/m3
Algo a tomarse en cuenta, es que para el diseño definitivo del muro se debe usar
un factor de seguridad de 2 directamente sobre la cohesión como lo recomiendan
algunos autores, esto como medida de precaución ya que el valor de cohesión
puede ser muy cambiante bajo condiciones de saturación.
FIGURA 3. 3 PRESIÓN ACTIVA DE COULOMB

29
El plano de falla está delimitado por la línea BC, formando un ángulo “θ” con la
horizontal cuyo valor está por el orden de 45+Φ/2. La cuña ABC ejercerá una
fuerza activa “Pa” sobre el muro de contención. El punto de acción de la fuerza
“Pa” es en el 1/3 de la altura total del muro “H”, en el centro de gravedad del
diagrama de presiones. La fuerza “R” es la resultante de fuerzas normales y
cortantes en el plano de falla.
I& ="
E
2
"ϒ""J<
"K&
Donde Ka es el coeficiente de empuje del suelo sobre el muro y se lo calcula con
la siguiente ecuación:
L3 ="
[MNO)9P(Q?]
9MNO)P?)"R""MNO9P/S?R"T'("U
VWX9Y,Z?RVWX9Y^?
VWX9_Z?RVWX9_,^?
`
)
"
Dónde:
α: Ángulo de inclinación del muro respecto al suelo
β: Ángulo de inclinación del relleno en la corona del muro
δ: Ángulo de fricción Muro-Suelo, normalmente se escoge un valor de 0.5Φ
Φ:Ángulo de fricción del suelo
Para el caso de los muros de ala, el muro es vertical respecto al suelo, entonces
α= 90.0º y el relleno es horizontal, por lo tanto β= 0.0º.
TABLA 3. 2 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS MUROS
α = 90,00 ˚
β = 0,00 ˚
θ = 60,00 ˚
δ = 15,00 ˚
(3.2)
(3.1)

30
(3.3)
Determinado todos los parámetros se remplazan en la ecuación 3.2. para
determinar el valor de ka.
TABLA 3. 3 SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN 3.2.
sen (α+φ) = 0,866
sen α = 1,000
sen (α-δ) = 0,966
sen (φ+δ) = 0,707
sen (φ-β) = 0,500
sen (α+β) = 1,000
Ka = 0,301
El coeficiente Kp indica un empuje del muro sobre el suelo y se lo calcula con la
siguiente ecuación:
La ="
'
b&
cd "= efeEg
3.3 CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO
Para el diseño de la cimentación de los muros, es necesario tomar en cuenta los
esfuerzos máximos que pueden transmitirse al suelo de fundación, comparados
con la capacidad portante admisible del suelo. Entonces, se ha considerado una
capacidad admisible de 100 ton/m2
(10 kg/cm2
) según la literatura y según
ensayos realizados por ELIT ENERGY en campo, mencionados en el literal 2.1.2.,
sobre una roca de fundación tipo caliza.
El ensayo de Penetración de Cono o CPT que rige a la norma ASTM D-3441, es
un método de resonancia, usado para determinar y estimar algunas propiedades
de los suelos en campo, este tipo de prueba no necesita de perforaciones y es
aplicable sobre la superficie de estudio. El ensayo consiste básicamente en hincar
el cono de 60º y de base de apoyo de 10 cm2
sobre el suelo a una velocidad

31
constante de 20 mm/s y se tomaban medidas de resistencia a la penetración o
llamada también resistencia de punta. (Das, Fundamentos de Ingeniería
Geoténica, 2015)
Los penetrometros utilizados en la actualidad permiten determinar: la resistencia a
la penetración del cono qc, que es la relación entre la fuerza vertical aplicada al
cono y el área horizontal proyectada; y la resistencia a la fricción fc.
Este ensayo tiene varias correlaciones de varios autores, llegando a poder
determinar datos como:
· Angulo de fricción efectivo Φ (Robertson y Campanella, 1983)
· Densidad relativa Dr (Lancellotta 1983 y Jamiolkowski 1985)
· Tipo de Suelo (Robertson y Campanella, 1983)
· Resistencia Cortante No Drenada Cu, Presión de Preconsolidación Φ`c,
Relación de Sobreconsolidación OCR (Mayne y Kemper, 1988)
· Número de Penetración Estándar Corregido N60 (Kulhawy y Mayne 1990)
La correlación más importante para la determinación de la capacidad de carga del
suelo, es aquella que relaciona los resultados del ensayo CPT con el N60, este
número de golpes corregido del Ensayo de Penetración Estándar (SPT) tiene a su
vez varias correlaciones de varios autores para determinar la capacidad de carga
del suelo de cimentación.
3.4 ESTABILIDAD DE TALUDES
Un talud es una superficie de terreno expuesta que forma con la horizontal un
ángulo mayor a 0º. En todo momento, una componente del peso intenta realizar
un movimiento de la masa del suelo hacia abajo. En caso de que esta
componente sea lo suficientemente grande, se producirá el movimiento que se
conoce como falla de talud.
Los taludes naturales tanto del margen derecha como del margen izquierdo, son
taludes que han encontrado su estabilidad a lo largo del tiempo, sin embargo para
la construcción de las distintas alternativas de muros es necesario realizar unos

32
cortes en estos, lo cual cambiarían las condiciones iniciales de estabilidad, y sería
propenso a una falla. Es por esto la necesidad de realizar un análisis de
estabilidad de los taludes de excavación para verificar su seguridad.
“Este proceso, llamado análisis de estabilidad de taludes, implica la
determinación y comparación del corte desarrollado a lo largo de la superficie de
ruptura más probable de falla con la resistencia del suelo al corte.” (Das,
Fundamentos de Ingeniería Geoténica, 2015)
3.4.1 TIPOS DE FALLA
Trata de clasificar y definir los tipos de movimientos relativos que tiene el suelo
dentro del cuerpo del talud, existen varios tipos de falla que se definirán
brevemente a continuación: (Suárez, 1989)
· Caídos: Se produce por el desprendimiento de una masa de cualquier tamaño
sobretodo en taludes de pendientes fuertes, el movimiento es a través de un
plano con poco o nulo desplazamiento por corte. Los caídos pueden ser
bloques de roca o bloques de suelo, la característica de este tipo de
desplazamientos es que se dan en caída libre, con movimientos muy rápidos.
Los suelos de la zona son propensos a este tipo de fallas, por la presencia de
bloques de material en lo alto del talud.
· Inclinación: Se producen cuando una unidad o varias unidades que conforman
el talud, rotan a través de un punto que está por debajo del centro de gravedad.
Este movimiento se caracteriza por ser una falla del talud a corte, además de
que sus bloques fallan en movimientos progresivos.
· Derrumbe Rotacional: Consiste en el movimiento de un bloque delimitado por
una superficie de falla circular, el movimiento es un giro con respecto a un
punto encima del centro de gravedad. En este tipo de movimientos, la
superficie de falla se ve influenciada por las discontinuidades, juntas y planos
de estratificación de los taludes.

33
· Derrumbe Traslacional: Consiste en el movimiento de una masa del talud, que
puede ser hacia abajo o hacia afuera, a lo largo de una superficie de falla que
tiende a ser plana o es ligeramente ondulada. Este tipo de derrumbe, presenta
muy poca o nula rotación, la superficie de falla se ve afectada por juntas y
planos de estratificación que pueden presentarse en el talud.
· Esparcimiento Lateral: Este tipo de movimiento se caracteriza por fracturas de
corte y tensión en masas de distintos tamaños a lo largo del talud,
posteriormente se da reacomodo de estas masas fracturadas. La falla se da
cuando no se tiene bien definida la superficie basal; o por licuefacción, en este
tipo las capas superiores pueden hundirse, trasladarse, rotar, desintegrarse o a
su vez licuarse y fluir.
· Flujos: Consiste en el movimiento de una masa que se mueve o se desliza a lo
largo de una superficie de falla, dentro de esta masa a su vez existen
movimientos de las partículas o de los bloques pequeños. Los flujos pueden
ser lentos o rápidos; secos o húmedos; pueden ser en roca, en depósitos de
suelo o en residuos.
· Movimientos Complejos: En la mayoría de ocasiones, el movimiento de una
masa del talud puede obedecer a la combinación de dos o más movimientos
principales descritos anteriormente. Además de la combinación, un movimiento
puede convertirse en otro a medida que progresa el deslizamiento.
3.4.2 PARÁMETROS DE CÁLCULO
· Geometría
Para el proyecto se definieron en total 8 perfiles de terreno, de los cuales 3 son
considerados representativos por sus condiciones geométricas. Estos perfiles se
presentan en el ANEXO 1.
Los perfiles están enumerados del 1 al 5 para la margen izquierda y del 6 al 8
para la margen derecha, cabe recalcar que los perfiles 1, 5 y 6 no fueron
considerados para ningún tipo de análisis en este trabajo, debido a cambios en el
proyecto y a ser considerados despreciables. Los perfiles 3 y 4 de la margen

34
izquierda y el perfil 8 de la margen derecha, son considerados más
representativos en comparación al resto, por lo que el análisis de estabilidad de
taludes únicamente se realizará para estos 3.
FIGURA 3. 4 UBICACIÓN PERFILES DE LA MARGEN IZQUIERDA EN PLANTA
FIGURA 3. 5 UBICACIÓN PERFILES DE LA MARGEN DERECHA EN PLANTA

35
FIGURA 3. 6 VISTA PERFIL 3

36
· Resistencia al Corte
Para realizar el análisis de estabilidad de taludes, es necesario conocer las
propiedades de los materiales que conforman el talud, como ángulo de fricción,
cohesión y peso unitario.
Los taludes del proyecto están formados por varias capas de distintos materiales
como calizas, lutitas, material aluvial y material coluvial. A continuación se definen
las propiedades mecánicas de los distintos materiales presentes en los taludes,
necesarias para el análisis de estabilidad; estas propiedades son asumidas de
acuerdo a valores propias para cada tipo de material, tomados de la literatura y de
estudios anteriores relacionados al tema.
TABLA 3. 4 PARÁMETROS DE RESISTENCIA A CORTE DE DISTINTOS
MATERIALES
ϒ Cohesión Φ
KN/m3 Mpa ˚
Caliza 23 30 40
Lutita 21 28 32
Aluvial 17 20 23
Coluvial 17 23 25
FUENTE: Ramírez - Alejano

37
(3.4)
· Aceleración Sísmica
La Norma Ecuatoriana de la Construcción, (2015), establece una zonificación
sísmica y que de acuerdo a la zona, la estructura a construirse se ve afectada de
distinta manera. Para este caso, se realizará el análisis con la información sísmica
que se tiene del cantón Tena, provincia de Napo, y que es la zona más cercana a
Misahuallí, donde se va a realizar el proyecto.
Tena está ubicada en la zona IV, donde el valor máximo de aceleración de roca
esperada para el sismo de diseño Z es igual a 0.35, y que representa un
porcentaje de la aceleración de la gravedad “g”, entonces se asume un coeficiente
de aceleración horizontal de 0.175 g que representa la mitad del valor Z.
3.4.3 FACTORES DE SEGURIDAD DE LOS TALUDES DE CORTE.
En general, el factor de seguridad se define como:
4h ="
ij
ik
Dónde:
Fs: Factor de Seguridad
lm: Resistencia cortante del suelo
ln:! Esfuerzo cortante desarrollado a lo largo de la superficie de falla
Tanto los valores de τf y de τd dependen de los ángulos de fricción y de los
valores de cohesión. “Cuando FS es igual a 1.0, el talud está en un estado de falla
inminente. En general, un valor de 1.5 para el factor de seguridad con respecto a
la resistencia es aceptable para el diseño de un talud estable.” (Das,
Fundamentos de Ingeniería Geoténica, 2015)
Para determinar los valores de FS de los perfiles 3, 4 y 8, se utilizó un software
especializado en estabilidad de taludes, llamado SLOPE/W versión 2007,
diseñado por GEOESTUDIO. Este trabaja con varios métodos de estabilización,

38
como el método de BISHOP (1955), JAMBU (1967), SPENCER,
MORGENSTERN Y PRICE, entre otros.
El programa es amigable con el usuario, permitiendo agregar taludes con varias
capas de materiales que es el caso de análisis presentado en este estudio,
permite analizar perfiles complejos y varias superficies de falla, definir
propiedades de varios materiales, además de ingresar cargas sísmicas, de
sobrecarga y por presión de poro en caso de haber.
Para usar el programa se empieza definiendo los perfiles a analizarse en el
programa AutoCAD, cada estrato de material debe ser definido por una polilinea y
por el comando CONTORNO, una vez definidos los estratos, se procede a mover
el perfil al centro de coordenadas (0, 0, 0) de un nuevo archivo y se lo guarda
como nuevo documento .dxf, de preferencia en un formato 2004 o menor al
formato del SLOPE/W.
Ya en el programa SLOPE/W, se parte definiendo el método con el que se desea
analizar los taludes, el número de dovelas a separarse, el sentido del análisis si
es de izquierda a derecha o viceversa. Se define además las unidades, escalas,
ejes de coordenadas, y si se desea la cuadricula en el menú Set. A continuación
se procede a importar el perfil del archivo de AutoCAD ya creado, en el menú File.
En el menú KeyIn, Materials, se definen los materiales que conforman los taludes,
en el menú de Mohr-Coulomb se ingresan datos previamente definidos de
cohesión, ángulo de fricción y peso unitario, de la Tabla 3.4. Se procede a asignar
a cada región el material correspondiente. (López, 2013)
En este mismo menú se pueden asignar sobrecargas que en este caso no
existen, y se asignan además cargas sísmicas, en este caso se ingresa el factor
de 0.175 que corresponde a la aceleración horizontal en la zona. Se debe definir
la posible superficie de falla, es importante que estas sean dibujadas en el sentido
del análisis ya que el programa así lo solicita. Terminado esto, se corre el
programa para el análisis del talud.
Ahora se procede a revisar los factores de seguridad de acuerdo al método que
use el programa, se debe realizar varios intentos de superficies de falla de tal

39
manera que se tenga una idea de la localización del plano de falla crítico. En caso
de que el factor de seguridad sea mucho mayor a 1.50 en todos los intentos, el
ángulo de corte del talud con respecto a la horizontal puede aumentarse y así la
excavación será menor; en caso de que el factor de seguridad sea menor a 1.50
en todos los intentos realizados, el ángulo de corte de talud con respecto a la
horizontal se debe disminuir e correr nuevamente el programa, las veces que
sean necesarias hasta que el plano de falla crítico tenga un factor de seguridad
apropiado.
Terminado este proceso se presentan de manera visual la cuña de falla y el factor
de seguridad correspondiente, también se puede desplegar un informe sobre el
análisis.
Pare este análisis, se usó definió en el programa que el método a usarse es el
método de dovelas simplificado de BISHOP, este método se representa en cierta
medida el efecto de las fuerzas sobre los lados de cada dovela. A diferencia del
método de las dovelas, que considera que las fueras laterales tienen igual
magnitud y línea de acción, por lo tanto estas fuerzas se eliminan y no entran en
el análisis. (Das, Fundamentos de Ingeniería Geoténica, 2015)
A continuación se muestra una tabla de resumen de los factores de seguridad
obtenidos con el programa.
TABLA 3. 5 VALORES DE FS CALCULADOS CON EL SLOPE/W
PERFIL FACTOR DE SEGURIDAD
3 1,537
4 1,680
8 1,779
En este caso, ningún valor de FS es inferior al 1.50, entonces la estabilidad global
del talud está asegurada. El análisis de estos tres perfiles se lo hizo bajo
condiciones pseudo estáticas.

40
Inicialmente para todos los perfiles se definieron ángulos de excavación de 60.0º
con respecto a la horizontal, para el perfil 8 de la margen derecha este ángulo fue
suficiente para asegurar la estabilidad, mientras que para los perfiles 3 y 4 de la
margen izquierda, que son los de mayor altura se tuvo que reducir el ángulo de
excavación a 50.0º para asegurar la estabilidad.
Los informes que muestra el programa SLOPE/W del análisis de los taludes se
mostrarán en el ANEXO 2.
3.5 ANÁLISIS DINÁMICO DE LA ESTRUCTURA
Una carga importante a tomar en cuenta para el diseño es la que producen los
sismos, que aportan con una presión lateral dinámica a la estructura a más de la
establecida estáticamente. La acción de esta carga extra puede ocasionar daños
leves sobre los muros, desplazamientos, rotaciones, o daños mayores que
vuelvan obsoleta a la estructura.
Para el diseño de la estructura es necesario considerar esta carga, y existen
varios métodos para su cálculo. El más sencillo es aquel en que el valor de la
carga horizontal por sismo se la obtiene multiplicando el coeficiente de
aceleración sísmico horizontal por el peso del sistema (estructura más relleno),
esta fuerza esta aplicada sobre el centro de gravedad del sistema y está en
unidades de fuerza sobre unidad de longitud de muro diseñado.
3.5.1 COEFICIENTE MONONOBE-OKABE
Establecido por Okabe (1926) y posteriormente por Mononobe (1929), ellos
desarrollaron una teoría partiendo de la teoría de Coulomb sobre el empuje activo
de una cuña sobre un plano de falla que actúa sobre un muro de contención. Tal
como se mencionó en el literal 3.2 de este capítulo. (Das, Fundamentals of Soil
Dynamics, 1983)
La ecuación 3.1 puede ser modificada para tomar en cuenta el valor de
aceleración vertical y horizontal que se podría producir en caso de un sismo en la
zona.

41
(3.5)
El método de Mononobe - Okabe toma en cuenta ciertas hipótesis:
· La superficie de falla es plana, y pasa por el talón del muro, en el plano BC.
· El movimiento en la pantalla del muro es suficiente para producir un estado
activo del suelo.
· Los efectos de la aceleración es uniforme en toda la cuña de falla.
· El suelo de relleno tras el muro se comporta como un cuerpo rígido.
FIGURA 3. 9 PRESIÓN ACTIVA MONONOBE-OKABE
PAE es la fuerza activa ejercida por la cuña de falla sobre el muro de contención
bajo condiciones sísmicas, W es el peso de la cuña, los coeficientes kh y kv son
coeficientes de aceleración sísmica horizontal y vertical respectivamente.
La diferencia entre la fuerza activa PAE y la fuerza PA de la teoría de Coulomb
convencional se la denotará como ΔPAE. Esta diferencia aplicada a 0.6 H de la
base del muro sumada a PA aplicada al 1/3 H de la base del muro son las fuerzas
activas ejercidas por la cuña sobre el muro bajo condiciones sísmicas. La fuerza
PAE se determina a partir de la siguiente ecuación:
Iop ="
E
2
"ϒ""J<
"9E q Kr?"Kop

42
(3.6)
(3.7)
Donde kAE es el coeficiente de presión activa con efectos de sismo, y está definido
por la siguiente ecuación.
Kop "="
sth<
"9u q v q w?
sthv""sth<w" xyz9{ ; w ; v?""|E ; }
h~89u ; {?""h~89u q v q ?
xyz9{ ; w ; v? ""xyz"
9 q w?
€
<
Dónde:
α: Ángulo de inclinación del muro respecto a la vertical
β: Ángulo de inclinación del relleno en la corona del muro
δ: Ángulo de fricción Muro-Suelo, normalmente se escoge un valor de 0.5Φ
Φ:Ángulo de fricción del suelo
Y el valor de θ se define con la siguiente ecuación:
v" =""‚ƒ/'
„
K…
E q K†
‡
Para el caso de los muros de ala, el muro es vertical respecto al suelo, entonces
α=0.0º y el relleno es horizontal, por lo tanto β=0.0º.
TABLA 3. 6 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS MUROS
α = 0,00 ˚
β = 0,00 ˚
δ = 15,00 ˚
TABLA 3. 7 COEFICIENTES DE ACELERACIÓN SÍSMICA
kh = 0,175
kv = 0,000

43
Con estos valores se define θ remplazando en la ecuación 3.7.
θ = 9,93 ˚
Ya definidos todos los valores se puede remplazar en la ecuación 3.6 para
determinar el coeficiente KAE.
TABLA 3. 8 SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN 3.6.
cos (φ-θ-α) = 0,939
cos θ = 0,985
cos α = 1,000
cos (δ+α+θ) = 0,907
sen (φ+δ) = 0,707
sen (φ-θ-β) = 0,343
cos (β-α) = 1,000
Kae = 0,429

44
CAPÍTULO 4
ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS PROPUESTAS
4.1 INTRODUCCIÓN
Hasta el momento, se han realizado varios avances en la materia de mecánica de
suelos, estabilidad de taludes, muros de contención, etc. Estos siempre se van a
ver sujetos a los avances tecnológicos de la época, y permitirán entender de
mejor manera el comportamiento que tienen los suelos y el resto de materiales.
En el caso de muros de contención, estos avances han permitido el surgimiento
de nuevas alternativas, como solución a problemas cada vez más grandes y un
mejoramiento en los métodos constructivos. Todo esto permite mejorar
considerablemente los tiempos de ejecución y por consecuencia los costos de
una obra.
Todas las alternativas conocidas de muros son aplicables para el proyecto, pero
unas son más que otras. El objetivo inicial planteado fue descartar las opciones
menos viables y realizar el estudio en aquellas que lo son más. Para esto se hizo
un breve análisis de las opciones que mejor se podrían aplicar al proyecto, este
es el caso de:
· Muros a Gravedad: Son muros de grandes dimensiones ya que deben
soportar los empujes del suelo solo con su propio peso, normalmente son
solo de hormigón simple, sin ningún tipo de armaduras de refuerzo puesto
que el muro no debería tener esfuerzos flectores internos, estos muros no
son viables para este proyecto debido al gran volumen de recursos
necesarios para hacerlos.
· Muros en Cantilíver: Son muros de menores dimensiones que los de a
gravedad, ya que estos son de hormigón armado y están diseñados para
resistir esfuerzos flectores, los muros son de tipo T invertida y trabajan
como una viga en voladizo empotradas en una zapata enterrada, la

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