ISSN: 0016-7975
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Geohidromorfología/Geohydromorphology/Geohydromorphology
Aplicación de métodos geofísicos y geoquímicos en la solución de problemas hidrogeomorfológicos y geotécnicos de estabilidad de taludes: caso Monte Bello – Av. Los Próceres, Mérida – Venezuela
Application of geophysical and geochemical methods in the solution of hydrogeomorphological and geotechnical problems of slope stability: case Monte Bello - Av. Los Proceres, Merida – Venezuela
Aplicativo de métodos geofísicos e geoquímicos na solução de problemas hidrogeomorfológicos e geotécnicos de estabilidade de taludes: caso Monte Bello – Av. Los Próceres, Mérida – Venezuela
O. Guerrero C.
Ing°Civ°. Libre ejercicio. e-mail: omarguerrerocamargo2@gmail.com
R. Toro
Ing°Geó°, MSc. Profesora asistente de la Universidad de Los Andes (ULA). Grupo de Investigaciones de Ciencias de la Tierra “TERRA”. e-mail: ingrosibethtoro@gmail.com
O. Guerrero
Geog°, Dr. ULA-TERRA. e-mail: oguerre00@gmail.com
J. Sánchez
Ing°Geó°. ULA-TERRA. e-mail: emiliosanchez5@gmail.com
E. Fernández
Ing°Geó°. ULA-TERRA. e-mail: enrique_30065@hotmail.es
A. Uzcátegui
Ing°Geó°. ULA. e-mail: anicsi@ula.ve
L. Prado
Licda° Quím°, MSc. Centro Interamericano de Desarrollo e Investigación Ambiental y Territorial (CIDIAT) – ULA. e-mail: leniscarolap@gmail.com
Recibido: 27-2-18; Aprobado: 28-3-18
Abstract
The objective of this work was to evaluate the geological and geomechanical soil conditions for the foundation of civil structures, where surface geology techniques and geophysical methods (vertical electric probes) and geochemical (analysis of stable water isotopes) were applied, for know the hydrogeological conditions of the subsoil. The dominant geology in the area corresponds to rocks of the clayey and sandy phyllosite type of the Palmarito geological unit (Ppp); These rocks, when they decompose, form clay, silt and fine to very fine sand, which retain surface and underground water, making the water table high. The measured groundwater levels (2 m) correspond to a discontinuous layer of fine to very fine saturated sand. The location site of the work is in old deposits of alluvial fans (Quaternary) partially stabilized, with mixture of gravel-silty gravel residual soils (GC), is thicker than 15 m. Through geochemical methods it was possible to know the distribution of groundwater by determining relationships between the O18 and Deuterium elements of samples obtained between source and springs areas and determine the design of the drainages. For the purpose of establishing retaining walls for the stability of the land, the rotational sliding of the upper dry layer to the water table (2 m) was controlled, bringing the water level between 2 m and 4.66 m., At 8 m and +10 m in period dry (February), after having applied water capture through surface and underground drainage design. In this way, the stability of the slope reached values of safety factor greater than or equal to (FS = 1.5).
Resumen
El objetivo de este trabajo fue evaluar las condiciones geológicas y geomecánicas de suelo para la fundación de las estructuras civiles, donde se aplicaron técnicas de geología de superficie y métodos geofísicos (Sondeos eléctricos verticales) y geoquímicos (análisis de isótopos estables de agua), para conocer las condiciones hidrogeológicas del subsuelo. La geología dominante en la zona corresponde con rocas del tipo filitas arcillosas y arenosas de la unidad geológica Palmarito (Ppp); estas rocas al descomponerse forman 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. Los niveles freáticos medidos (2 m), corresponden con un estrato discontinuo de arena de grano fino a muy fino saturada. El sitio de ubicación de la obra se encuentra en antiguos depósitos de abanicos aluviales (Cuaternarios) parcialmente estabilizados, con mezcla de suelos residuales gravo arcillosos-limosos (GC), es de espesor mayor a 15 m. A través de métodos geoquímicos se pudo conocer la distribución de aguas subterráneas a través de determinación de relaciones entre los elementos O18 y Deuterio de muestras obtenidas entre zonas de fuentes y manantiales y determinar el diseño de los drenajes. Para efectos de establecer muros de contención para la estabilidad del terreno se controló el deslizamiento rotacional del estrato seco superior al nivel freático (2 m), llevando el nivel freáticos entre 2 m y 4,66 m., a 8 m y +10 m en periodo seco (febrero), después de haber aplicado la captura de agua a través de diseño de drenaje superficial y subterráneo. De esta manera, la estabilidad del talud alcanzó valores de factor de seguridad superiores o iguales a (FS = 1,5).
Resumo
O objetivo deste trabalho foi avaliar as condições geológicas e geomecânicas de solo para a fundação das estruturas civis, onde se aplicaram técnicas de geologia de superfície e métodos geofísicos (Sondagens elétricas verticais) e geoquímicos (análises de isótopos estáveis de água), para conhecer as condições hidrogeológicas do subsolo. A geologia dominante na zona corresponde com rochas do tipo filitas argilosas e arenosas da unidade geológica Palmarito (Ppp); estas rochas ao decompor-se formam argilas, limos e areias de grão fino a muito fino, as quais retêm águas superficiais e subterrâneas, fazendo que a mesa de água seja alta. Os níveis freáticos medidos (2 m), correspondem com um estrato descontínuo de areia de grão fino a muito fino saturada. O lugar de localização da obra encontra-se em antigos depósitos de leques aluviais (Quaternários) parcialmente estabilizados, com mistura de solos residuais gravo argiloso-limosos (GC), é de espessura maior a 15 m. Através de métodos geoquímicos pôde ser conhecida a distribuição de águas subterrâneas através de determinação de relações entre os elementos Ou18 e Deutério de mostras obtidas entre zonas de fontes e mananciais e determinar o desenho das drenagens. Para efeitos de estabelecer muros de contenção para a estabilidade do terreno controlou-se o deslizamento rotacional do estrato seco superior ao nível freático (2 m), levando o nível freáticos entre 2 m e 4,66 m., a 8 m e 10 m em período seco (fevereiro), após ter aplicado a captura de água através de desenho de drenagem superficial e subterrâneo. Desta maneira, a estabilidade do talude atingiu valores de fator de segurança superiores ou iguais a (FS = 1,5).
Palabras clave/Keywords/Palavras-chave:
Estabilidad de taludes, Estabilidade de taludes, geofísica, geophysics, geoquímica de agua, geoquímica de água, hidrogeomorfología, hydrogeomorphology,slope stability, water geochemistry.
Citar así/Cite like this/Citação assim: Guerrero et al. (2018) o (Guerrero et al., 2018).
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
Guerrero C., O., Toro, R., Guerrero, O., Sánchez, J., Fernández, E., Uzcátegui, A., Prado, L. (2018, abril). Aplicación de métodos geofísicos y geoquímicos en la solución de problemas hidrogeomorfológicos y geotécnicos de estabilidad de taludes: caso Monte Bello – Av. Los Próceres, Mérida – Venezuela. Geominas 46(75). 41-50.
Introducción
El área de estudio se encuentra ubicada en un depósito de abanico aluvial con manto meteorizado residual, en posición geomorfológica media del abanico, en zona de suelos espesos gravo arcillosos. El objetivo del estudio es la determinación de la geología, geotécnica y la estabilidad geomecánica del suelo y su capacidad de carga para edificaciones. Tomando en consideración lo antes expuesto, se realizaron visitas de reconocimiento de campo, complementado con la ejecución de calicatas ubicadas de tal forma que permitieran reflejar las características sedimentológicas y geomecánica del suelo (Bowles, 1982):, Igualmente se realizaron sondeos eléctricos verticales (SEV) para conocer profundidad de mesa de agua, extensión lateral y vertical de sedimentos en el perfil del suelo, profundidad del contacto suelo-roca y superficies de ruptura de deslizamientos rotacionales en profundidad.
Se partió del establecimiento de un diseño geológico-sedimentario que permitió definir patrones de acomodación sedimentaria y procesos recientes de sedimentación (Casteletti, 2000). Se determinó la ubicación de los humedales (arroyos, tuberías de aguas blancas y servidas, drenajes urbanos) a través de la evaluación de sensores remotos (imágenes satelitales, mapas y fotos aéreas), donde se logró reconocer localidades de fuentes y manantiales de agua representativas, que fueron objeto de observaciones y mediciones, las cuales están en función de las relaciones entre los factores antes mencionados y los aspectos geológico-sedimentarios, al mismo tiempo se valoraron las condiciones de saturación o sobresaturación que ocurre en o cerca de la superficie del suelo. Las zonas de fuente y manantiales fueron evaluados geoquímicamente a través de la determinación de isótopos de agua (Deuterio y O18).
Área de estudio
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.
Figura 1. Localidad de evaluación del suelo y subsuelo, sector Monte Bello. Av. Los Proceres en la ciudad de Mérida, Venezuela.
Figura 2. Calicatas realizadas en el terreno Monte Bello y obtención de datos del subsuelo a través del equipo de sondeos eléctricos verticales.
Metodología
Las herramientas que se utilizaron como base para el estudio de la microcuenca se enfocaron en las características geológicas, geomorfológicas, hidrológicas y climatológicas. El estudio de la cartografía disponible se inició ubicando el área de estudio, se distinguieron las divisorias de agua, se delimitó la cuenca empleando imágenes satelitales, aéreas y mapas topográficos.
Se estableció un conjunto de mediciones directas sobre los humedales, que consistieron en determinar los siguientes aspectos: morfometría a través de mediciones indirectas de la microcuenca, para determinar su área (m²), determinación de los caudales de los arroyos/manantiales más representativos, a través del método del flotador; obtención de muestras de sedimentos y rocas de las unidades aflorantes para conocer las composiciones litológicas y las características granulométricas de los depósitos sedimentarios y de los suelos, aplicación de sondeos eléctricos verticales (SEV): se empleó el arreglo de Wenner (en González, et al., 2015), con la finalidad de determinar el nivel freático en el área de estudio, usando un resistivímetro Nilson de 12 V analógico.
El trabajo de laboratorio se basó en el estudio sedimentológico y petrológico de las muestras obtenidas en campo, para ello se mantuvo las texturas y fábricas originales de las mismas, para reconocer facies sedimentarias, con el propósito de hacer más efectiva la evaluación. Dentro de los procedimientos de laboratorio se realizaron los siguientes: análisis granulométrico de los sedimentos, análisis petrológico, estimación del balance hídrico de la microcuenca, aplicando el método de Thornwaithe (1974 en González, et al., 2017), estimación de caudales (Naranjo, 2002), análisis de isótopos estables y características físico-químicas de las muestras de agua.
Finalmente, se procedió realizar una toma de muestra de agua de manantiales, quebradas y tuberías de las viviendas localizadas en las zonas altas del sitio de estudio, con la finalidad de realizar los ensayos de geoquímica de isótopos estables, necesarios para determinar la relación fuente-manantial y localizar las zonas de fuga y migración de las aguas subterráneas existentes en la localidad (Bécher, et al., 2015).
Resultados de la exploración
Topográficamente la zona se ubica sobre una superficie ligeramente inclinada (5 %) a inclinada (35 %), aproximadamente, correspondiendo con zonas de antiguos abanicos aluviales ligeramente estabilizados de fondo de valle fluvial, el entorno hacia el NE-E (Sector Pie del Tiro) la pendiente es mayor (35 %) que alcanzan hasta un máximo del 45 % (Figura 3), mientras que en dirección SE (Sector Los Pinos), las pendiente disminuye sustancialmente hasta 2 %.
Figura 3. Distribución de las pendientes en la zona de parcela y sus alrededores (sectores de pendientes; amarillo 0-20 %; rojo 20 %-35 % y verde > 35 %).
Siendo la precipitación media anual de 165,6 cm, temperatura de 19 °C y la evapotranspiración de 85,3 cm. 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 alta intensidad y frecuencia.
El terreno 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 semipermanente 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. Las condiciones climáticas de la zona son fundamentales para la construcción y preservación de la estructura proyectada, puesto que permite reconocer las condiciones de agua disponible y las variaciones de los niveles freáticos existentes en el sitio. Según la estación climatológica de Mérida, se considera que la zona del proyecto tiene un clima de tipo húmedo mesotérmico (Figura 4).
Figura 4. Balance hídrico para la estación climatológica de Mérida.
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 Gaviria. Se recomienda la siembra de especies de gramíneas tipo vetiver y bambú a lo largo de las quebradas del terreno.
Geología superficie y geomorfología
Fisiográficamente 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.
El sitio donde está ubicado el proyecto residencial presenta tres geoformas principales; las zonas de piedemonte de las vertientes de la Sierra de La Culata, compuestas por: Rocas de la Formación Palmarito, que en esta localidad tienen meta-areniscas y meta-lutitas que conforman el sistema de laderas; acumulaciones de pequeños abanicos aluviales coalescentes y colinas bajas que bordean el conjunto geomórfico donde se tiene proyectado la construcción (Figura 5) y Sistemas fluviales dispersos compuesto por quebradas y arroyos permanentes y semipermanentes. Las unidades geomorfológicas no ofrecen ningún riesgo geológico a la estructura, pues consisten de relieves residuales, sin embargo, se considera necesario debido a las altas intensidad y frecuencia de las precipitaciones, el desarrollo de un buen sistema de drenaje de aguas de lluvias o meteóricas (Figura 6).
Figura 5. Dirección principal del agua de escurrimiento superficial y puntos críticos de acumulación, se platea realizar un diseño de drenaje.
El terreno se ubica sobre un depósito Cuaternario formado por una mezcla de sedimentos de abanicos aluvio-torrenciales con estabilidad morfo-estructural, asociado a sedimentos de grano medio a grueso de los antiguos depósitos de canales fluviales menores no estabilizados (Qaa6, Figura 7).
Figura 6. Imagen de satélite (Google, 2013) y misión aérea 010480 (182, 1983), donde se muestra la ubicación relativa del sitio de obra y su geomorfología local.
Figura 7. Unidades geológica-estructurales y geomorfológicas existentes en la zona del área del proyecto.
Figura 8. Descripción sedimentaria de los suelos en la calicata C1. Se reconocen niveles de suelos gravo arcillosos mal gradados (GC) y limo-areno arcillosos con gravas dispersas en la base (SP).
Dadas las características típicas de formación de estas unidad geológica (Formación Palmarito-Ppp) se forman depósitos residuales de rocas (manto alterado) con gran extensión lateral donde se reconocen estratos de sedimentos con fragmentos de gravas de filitas limos-arcillas y en la parte superior del terreno se reconocen sedimentos de relleno obtenidos de sitios de préstamos cercanos contentivos de arcillas y limos con gravas dispersas, no recomendadas para asentar fundaciones. 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 (Figura 8), que corresponde a fondos y diques de antiguos canales fluvio-aluvial, 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 las cuenca del río Albarregas.
Descripcion geológica local
Se excavó una calicata (Figura 8) de 1.5 m x 1.5 m x 3 m, donde se reconocieron de manera general, espesores continuos y masivos de gravas (cantos y peñones), arenas de grano medio a fino con importantes contenidos de finos (limos y arcillas), dispuestos en estratos de al menos 1, m de espesor y cubierto superficialmente por 80 cm de material de relleno gravo-arenosos con escasa materia orgánica.
El perfil de la calicata en todos los casos contiene material granular de suelos del tipo grava areno-limosa con abundantes contenidos de arenas limosas y gravas dispersas (clastos de hasta 30 cm de diámetro). Presentan de manera general las siguientes características (Figura 8); espesores de 0,10 m de suelos arcilloso – mantillo orgánico (CL) con gravas dispersas, 0,70 m de suelo gravo-arcilloso cuarzo-micáceo aunque existe un dominio de fragmentos (gravas) de filitas y menores de cuarzo, constituyen una mezcla de arcilla arenosa finas con gravas dispersas (GC).
Formas espectrales y aspectos sísmicos
Las Formas espectrales tipificada del terreno de fundación según la norma (COVENIN 1.756-1:2001) para zona sísmica 5, el factor de corrección para el coeficiente de aceleración horizontal (φ) que depende de las características del perfil geotécnico del terreno de fundación es la que se muestra en la tabla 1.
Vsp: velocidad promedio de las ondas de corte en el perfil geotécnico, para espesores de los estratos blandos o sueltos Vsp (<170 m/s) debe ser mayor que 0,1 H.
H = profundidad promedio a la cual se consigue material cuya velocidad de las ondas de corte (Vs) es mayor que 500 m/s.
φ = Factor de corrección del coeficiente de aceleración horizontal.
El municipio Libertador del estado Mérida, al igual que buena parte de la región andina, está sometido a los riesgos sísmicos. El área se corresponde con la zonificación sísmica 5. A la zona se le asigna un valor de coeficiente de aceleración (Ao) de 0.30 (intermedio), y el coeficiente de aceleración vertical se asigna el 70 % de la aceleración horizontal; se tomará un coeficiente de reducción de 0,90 y perfil S2. (Normas Venezolanas. COVENIN 1.756-1:2001. Edificaciones Sismo-resistentes en FUNVISIS – MINDUR 2002).
Tabla 1. Formas espectrales de la localidad de estudio.
Aspectos geofísicos (Sondeos eléctricos verticales)
La resistividad eléctrica (ρ) de un material describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por él. De igual manera se puede definir la conductividad (σ) como la facilidad que encuentra la corriente eléctrica al atravesar el material. Este método se caracteriza por el estudio de las variaciones de los parámetros físicos de las rocas o de los suelos y depende de factores que afectan la resistividad de los materiales, como la porosidad, agua en los poros, conductividad en los granos minerales, grado de compactación, etc (González, et al., 2015). La resistividad y conductividad de los materiales terrestres se basan en la aplicación de la Ley de Ohm (V = IR) donde V = voltaje (Voltios), I = corriente (Amperios) y R = resistencia (Ohmios). En la práctica, lo que se mide es la resistividad aparente, la cual se expresa:
Para generar y registrar un SEV se requiere un circuito de emisión, integrado por una fuente de energía, un amperímetro para medir la intensidad de la corriente, puntos de emisión (A y B) consistentes en clavos metálicos de 0,5 a 1 m de largo y 20 mm de diámetro y cables de transmisión. En sondeos normales se utiliza una batería de 12 voltios en serie común convertidor de unos 250 W de potencia. El amperímetro permite registrar hasta 10 A, con una precisión del 1 % y resolución de 0,1 mA. El cable de transmisión tiene una sección de 1 mm2 y para transportarlo y extenderlo se arrolla a un carrete de unos 500 m de capacidad (Figura 9). Y un circuito de recepción, compuesto por un milivoltímetro electrónico de alta impedancia y dos electrodos para la medición del potencial (M y N) impolarizables, constituidos por vasos con fondo poroso que contienen una solución saturada de sulfato de cobre, en los que se sumerge una varilla de cobre que está conectada al cable de medición del circuito. Los valores de resistividad en una roca están determinados más que su por composición mineralógica, por el agua que contiene, fundamentalmente por la porosidad y por la salinidad del agua (más salinidad implica mayor conductividad). Todo esto hace que la resistividad de cada tipo de roca presenta una gran variabilidad (Rodríguez-Betancourt, et al., 2000; González, et al., 2015).
Figura 9. Amperímetro y voltímetro integrado para medir conductividad y resistividad eléctrica de los suelos y determinar tipos de sedimentos y profundidad de los niveles freáticos.
En general en campo encontraremos valores de este orden: rocas ígneas y metamórficas inalterada > 1.000 ohm-m; rocas ígneas y metamórficas alteradas, o fuertemente diaclasadas: 100 – 1.000 ohm-m; Arcilla de 1 - 10 ohm-m; Limos de 10- 100 ohm-m; Arenas de 100 – 1.000 ohm-m y gravas de 200 a más de 1.000 ohm-m. Además es importante señalar que en materiales detríticos las resistividades aumentan con el tamaño del grano.
Se realizaron cinco (5) sondeos en periodos con lluvias esporádicas a finales de diciembre 2014, y dos (2) sondeos en periodo seco (febrero de 2015), para hacer la compensación y determinar profundidad real de los niveles freáticos. Los sondeos (SEV) realizados se muestran a continuación.
Descripción de los sondeos eléctricos verticales
SEV 01: el Sondeo Eléctrico Vertical con dirección NO-SE, se ubicó en las coordenadas 261.089 E – 950.218 N y cota de 4.704 msnm. Los valores se presentan en una curva que puede observarse en la figura 10, a partir de la cual se identifican tres capas de resistividades importantes, la primera de estas, entre 84,19 y 125,66 m, sugiere una capa arenosa con 1,5 m espesor. La segunda capa representada por arenas intercaladas con limos y/o arenas arcillosas de 1,5 a 6,6 m y resistividades entre 25,07 a 41,85 m, finalmente la última capa, formada por intercalaciones de arenas gravosas, con resistividades menores a 125 m, registrándose entre los 6,6 a 8 m de profundidad.
SEV 02: el Sondeo Eléctrico Vertical con dirección NO-SE, se ubicó en las coordenadas 261.105 E – 950.149 N y cota de 1.520 msnm. Los valores se presentan en una curva variada donde se pueden observarse en la figura 11, a partir de la cual se identifican tres capas de resistividad importantes, la primera de ellas entre 101,03y 666,02 .m, sugiere una capa arenosa con clastos de rocas metamórficas con 1,5 m de espesor. La segunda capa representada por arenas intercaladas con limos y/o arenas arcillosas de 1,5 a 2,66 m y resistividades entre 16,71a 50,14 .m, finalmente la última capa, formada por intercalaciones de arenas gravosas y roca, con resistividades menores a 1.151,40 m, registrándose entre los 2,66 a 8 m de profundidad.
SEV 03: el Sondeo Eléctrico Vertical con dirección NO-SE se ubicó entre las coordenadas 261.157 E – 950.187 N y cota de 1.506 msnm. Los valores se presentan en la curva que puede observarse en la figura 12, a partir de la cual se identifican tres capas de resistividad importantes, la primera de ellas menores a 1.262,92 .m, sugiere una capa de gravas (metamórficas) 1 m espesor. La segunda capa representada por arenas y arenas arcillosas y gravas de a 1 a 4,66 m y resistividades entre 16,71a 314,16 .m, finalmente la última capa, formada por intercalaciones de gravas y arenas gravosas, con resistividades entre 138,17 a 627,69 .m, registrándose entre los 6,66 y 7,77 m de profundidad.
SEV 04: el Sondeo Eléctrico Vertical con dirección SO-NE, se ubicó entre las coordenadas 261.134 E – 950.237 N y cota de 1.518 msnm. Los valores se presentan en la curva que puede observarse en la figura 13, a partir de la cual se identifican tres capas de resistividad importantes, la primera de ellas c0 con resistividades menores a 265,21m, sugiere una capa de gravas con 1 m espesor. La segunda capa representada por arenas de grano fino entre 1 a 5 m y resistividades a 12,57 a 41,85 m, finalmente la última capa, formada por intercalaciones de gravas y limos, con resistividades menores a 248,88 m, registrándose entre los 5 a 8 m de profundidad.
SEV 05: el Sondeo Eléctrico Vertical con dirección SO-NE se ubicó entre las coordenadas 261.023 E – 950.168 N y cota de 1509 msnm. Los valores se presentan en una curva que puede observarse en la figura 14, a partir de la cual se identifican tres capas de resistividad importantes, la primera de ellas entre 0 y 18,85 m, sugiere una capa de arcillas y limos con 2 m espesor. La segunda capa representada por arcillas y arenas arcillosas de 2 a 5 m y resistividades entre 38,06 a 56,55 m, finalmente la última capa, formada por arcilla y limos, con resistividades menores a 27,63 m, registrándose entre los 5 a 8 m de profundidad.
El resumen de los resultados de los sondeos eléctricos verticales realizados en periodo húmedo (diciembre, 2014) se muestra en la tabla 2.
Tabla 2. Resultados de los sondeos se muestra la interpretación de sedimentos del suelo y nivel freático (nf) para cada punto de sondeo.
Los resultados obtenidos en los ensayos se SEV realizados en periodo seco (febrero 2015), para las mismas localizaciones denominados sondeos SVE 1 y SVE 2, arrojan los siguientes resultados, después de aplicar correcciones de fuentes de infiltración, mejoras de canales de desagüe de escurrimiento superficial de quebradas y corrección de torrentes, con base en los resultados arrojados por los análisis de isótopos de aguas de las zonas fuentes y zonas manantiales.
SEV 2.1: el Sondeo Eléctrico Vertical con dirección NO-SE, se ubicó en las coordenadas 261.089 E – 950.218 N y cota de 4.704 msnm. Los valores se presentan en una curva que puede observarse en la figura 15, a partir de la cual se identifican tres capas de resistividad importantes, la primera de estas, entre 4,21 y 2,51 .m, sugiere una capa limosa con 1,5 m espesor. La segunda capa representada por un estrato único de arenas uniforme de composición de clastos metamórficos en continuidad eléctrica de 1,5 a 7,33 m y resistividades entre 45,24 a 36,84 m, No se pudo reconocer nivel freático o se localiza a profundidad mayor de 7,33 m.
SEV 2.2: el Sondeo Eléctrico Vertical con dirección NO-SE, se ubicó en las coordenadas 261.105 E – 950.149 N y cota de 1.520 msnm. Los valores se presentan en una curva variada donde se pueden observarse en la figura 16, a partir de la cual se identifican dos capas de resistividad importantes, la
Figura 10. Sondeo eléctrico vertical 1.
Figura 11. Sondeo eléctrico vertical 2.
Figura 12. Sondeo eléctrico vertical 3.
Figura 13. Sondeo eléctrico vertical 4.
Figura 14. Sondeo eléctrico vertical 5.
Figura 15. Curva de resistividad SEV 2.1.
Figura 16. Curva de resistividad SEV2.2.
primera es superficial con resistividades de roca (gravas masiva) entre de 1.262,92 m, sugiere una capa arenosa con clastos de rocas metamórficas con 0,70 m espesor. La segunda capa representada por arenas intercaladas con limos y/o arenas arcillosas de 0,7 m a 7,33 m y resistividades entre 33,93 a 45,13 m, No se reconocen niveles freáticos para este sondeo, se estima profundidad > 7,33 m.
Los resultados determinan profundidades de nivel freáticos entre 2 m y 4,66 m, en periodo de lluvias y llegó a 8 m y +10 m en periodo seco (febrero).
Los resultados de la geoquímica de isótopos de agua (Tabla 3) permitieron reconoce que los sitios de sumideros corresponden con los sistemas de arroyos existentes en las adyacencias de la zona de estudio y no con tuberías de aguas blancas o servidas correspondientes a las viviendas, debido a ello se procedió a la corrección de hidráulica de las zonas de infiltración con el propósito de disminuir los tiempos de concentración y por ende, incrementar la velocidad del tránsito del caudal.
Finalmente, a través de la integración de los aspectos geofísicos, geoquímicos y la hidrogeomorfología de la zona se elaboran los perfiles hidrogeomorfológicos que muestran los valores de nivel freático y eventuales zonas de desprendimiento de las masas de deslizamiento rotacional, necesarios para proyectar las obras civiles que permitan su estabilización geotécnica (Figura 17).
Aspectos geotecnicos de los taludes
Para una mejor evaluación de los taludes naturales se procedió a dividir el terreno en tres secciones de taludes (Figura 18), el primero (PF1) corresponde con la sección sur del terreno, el segundo (PF2) corresponde con la sección central y el tercero (PF3) con la sección norte del terreno, debido a que las tres secciones presentan comportamientos geomorfológicos y geotécnicos diferentes y se aplicó un software libre de evaluación de taludes (slide).
Respuesta geotécnica del talud sección sur del terreno (PF1): las condiciones de talud natural, bajo las condiciones de nivel freático en 2,10 y 4,66 m, el talud se mantiene estable sin carga y con la topografía natural, alcanza valores de FS de 1,1. Si bajamos el nivel freático a valores entre 4 m en cabecera de talud y 6 m en la base se obtiene FS: 1.236, sin aplicarle carga portante.
Respuesta geotécnica del talud sección central del terreno (PF2): para la sección central del terreno corte topográfico PF2, sin modificaciones topográficas y niveles freáticos de 2,10 m y 3,33 m, sin aplicar carga portante, el FS es de 1,130 (Figura 19), cuando realizamos una profundización de la mesa de agua a 4 m cabecera y 6 m a pie de talud, sin modificaciones de la topografía el FS es de 1.207.
Respuesta geotécnica del talud sección norte del terreno (PF3): este perfil de talud resulta más estable que los anteriores, obteniendo en condiciones naturales de topografía y mesa de agua a 3,10 m y 3,33 m (medidos en campo), factor de seguridad geotécnica de 1.432, si aplicación de carga portante. Si disminuimos la mesa de agua a 4 m en cabecera y 6 m a pie de talud en condiciones topográficas normales, el factor de seguridad geotécnica FS: 2.225 (Figura 20).
Conclusiones
1.- La zona de estudio evaluada corresponde a depósitos de abanicos aluviales (Cuaternarios) parcialmente estabilizados, con mezcla de suelos residuales gravo arcillosos-limosos (GC), con espesor mayores a 15 m.
2.- La geología dominante en la zona corresponde con rocas del tipo filitas arcillosas y arenosas con lentejones de calizas que pertenecen a la unidad geológica denominada Palmarito, 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.- Las estructuras geológicas y geomorfológicas ofrecen riesgos parciales a la infraestructura, 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. Se considera necesario debido a la elevada intensidad y frecuencia de las precipitaciones, el desarrollo de un buen sistema de drenaje de aguas de lluvias.
4. A partir de la aplicación de geoquímica de agua en la búsqueda de la relación fuente-manantial y el procedimiento de SEV, se logró determinar los niveles freáticos a profundidades mayores de 4 m, así como la dirección preferencial de dicho drenaje subterráneo, se plantea un modelo para el diseño de drenaje superficial y subsuperficial del terreno para estabilizar los procesos hidrogeomorfológicos de la zona, especialmente la reptación y los movimientos de masa rotacionales. (Ver figura 21).
5. Los valores de los factores de seguridad se incrementan por encima de FS: 1, cuando se establece bermas con inclinación de 30º, y se mantienen los niveles freáticos a valores de 4 m en la cabecera y 6 m a pie de los taludes medidos, con cargas portantes de 2 t/m. La posibilidad de incrementar esta carga está sujeta al diseño de los muros de contención y a la profundidad del 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), la cual mejora la resistencia del suelo y disminuye sustancialmente el agua existente en los poros del mismo (Guerrero et al., 2015).
Referencias consultadas
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Tabla 3. Características isotópicas de las muestras de agua de las zonas de fuentes (arroyos), viviendas y manantiales.
Figura 17. Secciones hidrogeomorfológicas longitudinales (línea negra) y profundidad del nivel freático (línea discontinua azul), para el periodo húmedo (diciembre 2014), para el periodo seco (febrero, 2015) los valores de nf > 7,33 en todo el terreno.
Figura 18. Valoración del factor de seguridad geotécnica del talud sur (PF1) bajo condiciones de nivel freático y perfil topográfico actual, sin modificar y sin carga.
Figura 19. Valoración del factor de seguridad geotécnica del talud central (PF2) bajo condiciones de nivel freático y perfil topográfico actual, sin modificar y sin carga.
Figura 20. Valoración del factor de seguridad geotécnica del talud norte (PF3) bajo condiciones de nivel freático y perfil topográfico actual, sin modificar y sin carga.
Figura 21.
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.
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