ISSN: 0016-7975
Embedded Files
Hidrogeomorfología/Hydrogeomorphology/Hidrogeomorfologia
Aplicación de métodos geofísicos y geoquímicos en la solución de problemas hidrogeomorfológicos de estabilidad de taludes. Caso: Monte Bello - Av. Los Próceres, Mérida, Venezuela
Aplicación de métodos geofísicos y geoquímicos en la solución de problemas hidrogeomorfológicos de estabilidad de taludes. Caso: Monte Bello - Av. Los Próceres, Mérida, Venezuela
Application of geophysical and geochemical methods in solving hydrogeomorphological problems of slope stability. Case: Monte Bello. Los Próceres Avenue, Merida, Venezuela
Application of geophysical and geochemical methods in solving hydrogeomorphological problems of slope stability. Case: Monte Bello. Los Próceres Avenue, Merida, Venezuela
Aplicativo de metodos geofísicos e geoquímicos na solução de problemas hidrogeomorfológicos de estabilidade de taludes. Caso: Monte Belo - Av. Os Próceres, Mérida, Venezuela
Aplicativo de metodos geofísicos e geoquímicos na solução de problemas hidrogeomorfológicos de estabilidade de taludes. Caso: Monte Belo - Av. Os Próceres, Mérida, Venezuela
O. Guerrero
Geog°, MSc. Profesor. Universidad de Los Andes (ULA). e-mail: omarguerrero1231@gmail.com
R. Toro
Ing°Geó°, MSc. Profesora. ULA. e-mail: rosibetoro@ula.ve
J. Sánchez
Ing°Geó°, Esp. Profesor. ULA. e-mail: emiliosanchez05@gmail.com
E. Delgado
IngºCiv°, MSc. Profesora. ULA. e-mail: delgadoe@ula.ve
A. Uzcátegui
Ing°Geó°, Esp. Profesora. ULA. e-mail: anicsi@ula.ve
Recibido: 16-11-16; Aprobado: 21-6-17
Resumen
Se realizó el estudio geológico, geofísico-hidrogeomorfológico y de comportamiento geomecánico de suelo en el talud del sector Monte Bello (UTM N: 950.300; E: 261.085, altitud: 1.540 m s.n.m.), localizado en la avenida Los Próceres, municipio Libertador del estado Mérida, forma parte de la ladera sur de la sierra de La Culata. El objetivo es evaluar las condiciones geológicas y geomecánicas de suelo para la fundación de estructuras civiles, donde se aplicaron técnicas de geología de superficie y métodos geofísicos y geoquímicos (análisis de isótopos estables de agua), para conocer las condiciones hidrogeomorfològicas del subsuelo, la cual provocó un deslizamiento rotacional múltiple retrógrado. Los niveles freáticos medidos (2 m), corresponden con un estrato discontinuo de arena de grano fino a muy fino saturada. La geología dominante en la zona corresponde con rocas del tipo filitas, arcillosas y arenosas de la unidad geológica denominada Palmarito (Ppp), estas rocas al descomponerse forman arcillas, limos y arenas de grano fino a muy fino, las cuales retienen aguas superficiales y subterráneas, aumentando la mesa de agua. La geoformas dominantes en el sector son abanicos aluviales parcialmente estabilizados, con mezcla de suelos residuales gravo arcillo-limosos, de espesor mayor a 15 m. La evaluación hidrogeomorfológica permitió reconocer las condiciones geotécnicas de la vertiente y establecer las medidas de recuperación y sostenibilidad geológica-geotécnica.
Abstract
The geophysicist geological survey was conducted -hydrogeomorpho-logical and geomechanical behavior of soil on the slope of the sector Monte Bello (UTM N: 950,300; E: 261,085, elevation: 1,540 m a.s.l.), located at Los Proceres avenue, Libertador Municipality, Merida State, aiming to evaluate the geological and geomechanical soil conditions for the foundation of the civil structures. Techniques surfaces geology and geophysical methods (vertical electrical core) and geochemical (analysis of stable isotopes of water) were applied to meet the hydrogeological conditions of the subsoil. The measured groundwater levels (2 m), corresponding to a discontinuous layer of fine-grained sand to very fine saturated. The dominant geology in the area correspond to rocks of the type phyllite clay and sandy from the Palmarito (ppp) geological unit, these rocks decomposed form clays, silts and sands fine-grained to very fine, which retain surface water and groundwater, by that the water table is high. The site location of the work is in ancient alluvial fan deposits (Quaternary) partially stabilized with a mixture of clay-loamy soils Gravo waste (GC) is thicker than 15 m. Through geochemical methods could relate the distribution of groundwater through determining relationships between elements O18; H and Deuterium samples obtained from areas with springs and determine the design of drains. For purposes of determining retaining walls for ground stability rotational sliding.
Resumo
Realizou-se o estudo geológico, geofísico-hidrogeomorfológico e de comportamento geomecánico de solo no talud do setor Monte Belo (UTM N: 950.300; E: 261.085, altitude: 1.540 m a.n.m.), localizado na Avenida Los Próceres, município Libertador do estado Mérida, faz parte da ladera sul da serra da Culata. O objetivo é avaliar as condições geológicas e geomecánicas de solo para a fundação de estruturas civis, onde se aplicaram técnicas de geologia de superfície e métodos geofísicos e geoquímicos (análises de isótopos estáveis de água), para conhecer as condições hidrogeomorfològicas do subsuelo, a qual provocou um deslizamento rotacional múltiplo retrógrado. Os níveis freáticos medidos (2 m) correspondem com um estrato descontínuo de areia de grão fino a muito fino saturada. A geologia dominante na zona corresponde com rochas do tipo filitas, arcillosas e arenosas da unidade geológica denominada Palmarito (Ppp), estas rochas ao decompor-se formam arcillas, limos e areias de grão fino a muito fino, as quais retêm águas superficiais e subterrâneas, aumentando a mesa de água. A geoformas dominantes no setor é leques aluviales parcialmente estabilizados, com mistura de solos residuais gravo-arcillo-limosos, de espessura maior a 15 m. A avaliação hidrogeomorfológica permitiu reconhecer as condições geotécnicas da vertente e estabelecer as medidas de recuperação e sustentabilidade geológico-geotécnica.
Palabras clave/Keywords/Palavras-chave:
Estabilidad de taludes, geofísica, geoquímica del agua, hidrogeomorfología, geophysics, hydrogeomorphology, slope stability, water geochemistry, estabilidade de taludes, geofísica, geoquímica da agua.
Citar así/Cite like this/Citação assim: Guerrero et al. (2017) o (Guerrero et al., 2017) .
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
Guerrero, O., Toro, R., Sánchez, J., Delgado, E., Uzcátegui, A. (2017, agosto). Aplicación de metodos geofísicos y geoquímicos en la solución de problemas hidrogeomorfológicos de estabilidad de taludes. Caso: Monte Bello - Av. Los Próceres, Mérida, Venezuela. Geominas 45(73). 93-98.
Introducción
La aplicación de métodos geológicos (geoquímicos y geofísicos) no invasivos en la solución de problemas de estabilidad geotécnica e hidrogeomorfológicos ha tenido escasa aplicación en Venezuela. Sin embargo, en otros países tiene muchas aplicaciones y en la medida que avanza en la tecnología para estudios del subsuelo se fortalece (Annan, 1992; Nakamura, 1989; SESAME, 2004). Una de las aplicaciones de estas tecnologías se empleó en la solución de problemas de ingeniería geológica-hidrogeomorfológica y de comportamiento geomecánico de suelos, en este caso aplicado a una ladera de aproximadamente 29.175 m², localizada en la carretera panamericana (Av. Los Próceres) de la ciudad de Mérida-Venezuela, con los datos y muestreo realizados en el terreno, las observaciones efectuadas en el sitio y mediante el análisis e interpretación de los resultados de campo y laboratorio, permitieron reconocer zonas de desplazamiento de movimiento de masa tipo rotacional múltiple, así como determinar el factor de seguridad de ladera y realizar la propuestas de estabilización geomecánica del terreno.
Localización geográfica
El área en estudio se ubica en terrenos aledaños a la avenida Los Próceres, en el sector Monte Bello, en el municipio Libertador (Figura 1). Entre las coordenadas UTM N: 950.300; E: 261.085, altitud: 1.540 m s. n. m., aproximados. Corresponde con la parte baja del Flanco Sur de la Sierra de La Culata que está conformado por un conjunto complejo de abanicos aluviales coalescentes que drenan en el sentido NO-SE.
Figura 1. Ubicación general del área en estudio.
Método
De acuerdo a la magnitud de la obra a desarrollar, la extensión de la superficie y las edificaciones que puedan ser construidas, en la exploración del suelo se definieron los siguientes procedimientos metodológicos de campo: realización de calicatas en sitios críticos geológicos-geomorfológicos, se realizaron diez (10) sondeos eléctricos verticales (SEV) para conocer profundidad de la mesa de agua y extensión lateral - vertical de sedimentos en el perfil del suelo y profundidad suelo-roca; se aplicaron ensayos de geoquímica de isótopos estables (O18, H, Deuterio) y procedimiento geotécnico para determinar el factor de seguridad.
Resultados de la exploración de campo
La zona se ubica sobre una superficie ligeramente inclinada (5 %) a inclinada (35 % aproximadamente), correspondiendo con zonas de antiguos abanicos aluviales parcialmente estabilizados de fondo de valle fluvial, el entorno hacia el NE-E (Sector Pie del Tiro), la pendiente es mayor (35 %) que alcanza hasta un máximo del 45 %, mientras que en dirección SE (Sector Los Pinos), las pendientes disminuyen sustancialmente hasta 2 %. El sector de Monte Bello tiene un drenaje con dirección el S-SO, en el sentido de la pendiente natural, compuesta por tres quebradas, dos (2) de régimen semipermanentes y una (1) permanente; esta última se encuentra canalizada por cajones de concreto. Relativamente alejado del sitio del terreno drena la quebrada La Gavidia, y arroyos secundarios semipermanentes. Para la fecha de la elaboración de las calicatas (diciembre 2014) se visualizó un nivel freático entre los 2,10 y 3,30 m, de profundidad. La vegetación natural del área ha sido totalmente intervenida mediante métodos tradicionales de poda, desarrollados en la zona. Por ello, se presenta una vegetación tropical con especies arbóreas de gran desarrollo vertical pero muy dispersas. Esta vegetación es más abundante a lo largo de las quebradas existentes en el terreno, al igual que en los diques de la quebrada La Gavidia. Según la estación climatológica de Mérida, se considera que la zona del proyecto tiene un clima de tipo húmedo mesotérmico, siendo la precipitación media anual de 1.656 mm, temperatura de 19 °C y la evapotranspiración de 853 mm. La precipitación tiene un comportamiento bimodal con máximas en los meses de mayo y octubre, siendo el superávit estimado de 25 cm de columna de agua para un área de 200 cm² y un promedio medio anual de 94,14 mm de medio anual; es de hacer notar, que debido al comportamiento climático las precipitaciones son de intensidad y frecuencia altas.
Geomorfología y geología local
El área de estudio se encuentra enmarcada en la subcuenca media del río Chama y dentro de la parte baja de la microcuenca del río Albarregas, formando parte del piedemonte del sistema montañoso de la Sierra de La Culata, dentro del valle central de Los Andes de Mérida (Figura 2). Se reconocen tres geoformas principales; las zonas de piedemonte de las vertientes de la Sierra de La Culata, compuestas por; a) Rocas de la Formación Palmarito (Ppp), que en esta localidad tienen meta-areniscas y meta-lutitas que conforman el sistema de laderas; b) Acumulaciones de pequeños abanicos aluviales coalescentes y colinas bajas que bordean el conjunto geomórfico y Sistemas fluviales dispersos compuesto por quebradas y arroyos permanentes y semipermanentes.
Figura 2. Geomorfología general de la subcuenca del río Albarregas.
El terreno se ubica sobre un depósito Cuaternario formado por una mezcla de sedimentos de abanicos aluvio-torrenciales con estabilidad morfo-estructural, asociados a sedimentos de grano medio a grueso de los antiguos depósitos de canales fluviales menores no estabilizados (Qaa6, figura 3).
Figura 3. Mapa geológico del área en estudio.
Dadas las características litológicas de esta unidad geológica (Formación Palmarito-Ppp) se forman espesos depósitos residuales de rocas (manto alterado) con gran extensión lateral donde se reconocen estratos de sedimentos con fragmentos de gravas de filitas limo-arcillosas y suelos con escasos contenidos de arcillas. Sin embargo, a profundidades promedio de 0,50-1,80 m se pueden reconocer niveles de cantos rodados y angulosos, tamaño gravas y peñones de hasta 35 cm de diámetro, que corresponden a fondos y diques de antiguos canales fluvio-aluviales, sitio donde se mejora la granulometría y estabilidad geomecánica del suelo. Los aportes sedimentarios finos provienen de las unidades geológicas expuestas en la zona de piedemonte que contienen abundantes rocas de grano muy fino (lutitas-limolitas) y de grano medio a grueso como areniscas., mientras que las gravas (cantos rodados y peñones) provienen de pequeños canales fluviales que arrastraban sedimentos Cuaternarios de niveles superiores de la subcuenca media del río Albarregas.
Resultados geofísicos
Los resultados de los ensayos eléctricos verticales permitieron determinar las variaciones de los niveles freáticos del terreno y la distribución de los rangos húmedos entre 0 m (pantanos) en la parte superior del terreno hasta zonas húmedas del subsuelo localizadas entre 2 m y 4,66 m (Figura 4), lo que indica presencia de flujos de aguas superficiales y subterráneas, obtenidos durante periodos húmedos y sin corrección de torrenteras. Mientras que para que el periodo seco (febrero, 2015), y sometiendo el terreno a limpieza de torrenteras y corrección de drenajes, se pudo obtener una disminución de niveles freáticos > 7,33 para todo el perfil de suelo, debido a la eliminación de zonas anegadas existentes en la zona alta del talud. La determinación de estos parámetros y las variaciones de los niveles freáticos en los perfiles de suelo, permitieron detener la zona de despegue del movimiento en masa rotacional que afectaba esta zona y sirvió para poder comenzar con el diseño de estabilización estructural de la zona a través de diseños de pilotes y muros de contención anclados.
Figura 4. Resultados de ensayos SEV durante periodo seco y húmedo.
Esta información sustentó los criterios para el estudio geotécnico del talud, el cual se logró con la aplicación de la herramienta software libre para medición de factores de seguridad de los taludes, los cuales determinaron que un incremento de factor de seguridad está sujeto a la disminución de agua en el subsuelo, y el diseño de bermas para disminuir la presión de corte sobre el talud; estas modificaciones permiten obtener FS hasta de 1,4 (Figura 4).
Resultados geoquímicos de isótopos de agua
Los resultados demuestran que existe una afinidad química alta entre el agua proveniente de las zonas de diques - fosos con la obtenida en la zona de manantiales (Figura 5), por tal motivo se recomienda realizar un diseño de drenaje externo que permita disminuir las filtraciones de agua a niveles subsuperficiales del talud, la cual puede producir alteraciones (meteorización química) especialmente en la mineralogía de las filitas, las cuales contienen altos porcentajes de micas y arcillas, las cuales son muy susceptibles de alterarse en presencia de agua.
Figura 5. Resultados de isótopos de aguas en la ladera.
Conclusiones
1.- La ladera de estudio se encuentra dominada por antiguos depósitos de abanicos aluviales (Cuaternarios) parcialmente estabilizados, con mezcla de suelos residuales gravo arcillo-limosos (GC), con espesores mayores a 15 m.
2.- La geología dominante en la zona corresponde con rocas del tipo filitas arcillosas y arenosas de la unidad geológica denominada Palmarito (Ppp); estas rocas al descomponerse acumulan arcillas, limos y arenas de grano fino a muy fino, las cuales retienen aguas superficiales y subterráneas, haciendo que la mesa de agua sea alta.
3.- Los resultados de los ensayos geofísicos permiten en base a lo anterior, recomendar el diseño de un sistema de drenaje subsuperficial, debido a que la exposición de las rocas al agua meteórica por 2 horas y más, hace que la roca se desagregue.
4.- Las estructuras geológicas y geomorfológicas ofrecen riesgo parcial a las obras civiles, si no son controlados los niveles freáticos, los cuales deben permanecer por debajo de los 4 a 6 m de profundidad, en todo el terreno (Figura 6).
Figura 6. Perfil geológico-geotécnico del talud.
5.- Los valores de los factores de seguridad se incrementan por encima de FS: 1, cuando se establecen bermas con inclinación de 30°, y se mantienen los niveles freáticos a valores de 4 m en la cabecera y 6m a pie de los taludes medidos, con cargas portantes de 2 t/m². La posibilidad de incrementar esta carga está sujeta al diseño de los muros de contención y a la profundidad de los mismos mismo, así como al diseño de los drenajes.
6.- Se propone estabilizar las zonas de topes de bermas y taludes de cortes no proyectados con protecciones ecológicas (implantes de gramíneas, tipo Vetiver), las cuales mejoran la resistencia del suelo y disminuyen sustancialmente el agua existente en los poros del mismo.
Agradecimiento
Los autores agradecen al personal del Laboratorio de Análisis de isótopos del CIDIAT-ULA y al Dr. Rosendo Camargo, por las orientaciones en la aplicación de técnicas de estructuras de soporte y pilotajes para el estudio del diseño geológico-geotécnico.
Referencias
Annan A. (1992). Ground Penetrating Radar Workshop Notes. Manual de Sensor & Software Inc. Mississauga, en: Santamarina J. (2001). "Soils and Waves". Editorial: John Wiley & Sons, LTD. Pp. 301-430.
Bowles J. (1982). Foundation analysis and design. Pp. 100-112.
Casteletti I. (2000). Nociones de Mecánica de Suelos. Facultad de Ingeniería. Universidad de Los Andes. Mérida. 503 p.
Ferrer, C. (1998). Mapa geológico de la ciudad de Mérida y sus alrededores. Hoja 2: Mérida. Trabajo de Magister. UCV.
Freire M. (2006). Precisiones para el empleo del módulo de balasto, interacción del suelo, cimiento y estructura: el caso de las zapatas I y II. Informe de la construcción. Estructuras, Colegio de Arquitectos de Galicia, España, 463-472.
FUNVISIS-MINDUR (2002). Norma Venezolana: Edificaciones antisísmicas. Normas Covenin. 1756-80.82. 123p.
Nakamura Y. (1989). A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface, QR of RTRI 30, no. 1, February, 25-33pp.
SESAME (2004). Guidelines for the implementation of the H/V spectral ratio technique on ambient vibrations, Research Report WP12, disponible en línea en: http://sesame-fp5.obs.ujfgrenoble.fr/index.htm
The author(s) declare(s) that she/he/they has/have no conflict of interest related to hers/his/their publication(s), furthermore, the research reported in the article was carried out following ethical standards, likewise, the data used in the studies can be requested from the author(s), in the same way, all authors have contributed equally to this work, finally, we have read and understood the Declaration of Ethics and Malpractices.
Google Sites
Report abuse