aprovechamiento de neumáticos fuera de uso en la
TRANSCRIPT
Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2017
Aprovechamiento de neumáticos fuera de uso en la construcción Aprovechamiento de neumáticos fuera de uso en la construcción
de diques como reservorios de agua en Suesca, Cundinamarca de diques como reservorios de agua en Suesca, Cundinamarca
Carlos Esteban Rosero Moreano Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil
Part of the Civil Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Rosero Moreano, C. E. (2017). Aprovechamiento de neumáticos fuera de uso en la construcción de diques como reservorios de agua en Suesca, Cundinamarca. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/332
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
APROVECHAMIENTO DE NEUMÁTICOS FUERA DE USO EN LA
CONSTRUCCIÓN DE DIQUES COMO RESERVORIOS DE AGUA EN SUESCA,
CUNDINAMARCA
CARLOS ESTEBAN ROSERO MOREANO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENERIA CIVIL
PROGRAMA DE INGENERIA CIVIL
TRABAJO DE GRADO
BOGOTA
2017
APROVECHAMIENTO DE NEUMÁTICOS FUERA DE USO EN LA
CONSTRUCCIÓN DE DIQUES COMO RESERVORIOS DE AGUA EN SUESCA,
CUNDINAMARCA
CARLOS ESTEBAN ROSERO MOREANO
TRABAJO DE GRADO
DIRECTOR
LUIS ERÉN AYALA ROJAS
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENERIA CIVIL
PROGRAMA DE INGENERIA CIVIL
TRABAJO DE GRADO
BOGOTA
2017
CONTEIDO
1. GENERALIDADES ................................................................................................................ 12
1.1 ANTECEDENTES ................................................................................................................ 12
1.1.1 Estudio de la viabilidad del aprovechamiento de neumáticos inservibles como
material de construcción de estructuras de contención. ...................................................... 12
1.1.2 Construcción de estructuras de contención utilizando neumáticos inservibles:
análisis numérico y caso de obra. ........................................................................................... 13
1.1.3 Viabilidad de muros de llantas para la estabilización de taludes en el barrio La
Capilla-Soacha Cundinamarca. ............................................................................................. 14
1.1.4 Guía de la construcción del muro de contención, con llantas usadas (muro de
protección de pendiente). ........................................................................................................ 15
1.1.5. La Secretaría de Desarrollo Social, Alcaldía de Medellín. ........................................ 16
1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ....................................... 18
1.3 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 23
1.3.1 Objetivo General ............................................................................................................ 23
1.3.2 Objetivos Específicos ...................................................................................................... 23
1.4 ALCANCES ........................................................................................................................... 24
1.5 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 25
1.5.1 Estructuras de contención ............................................................................................. 25
1.5.2 Muros de llantas. ............................................................................................................ 28
1.6 METODOLOGÍA ................................................................................................................. 29
2. MODELO FISICO .................................................................................................................. 30
2.1 PLANOS ................................................................................................................................. 33
2.1.1 Vista en planta ................................................................................................................ 34
2.1.2 Vista de perfil .................................................................................................................. 35
2.1.3 Vista en alzado ................................................................................................................ 35
2.1.4 Medidas de las llantas .................................................................................................... 36
2.2 PROTOTIPO ......................................................................................................................... 37
2.3 CONSTRUCCIÓN MODELO FÍSICO .............................................................................. 38
3. ENSAYOS ................................................................................................................................ 43
3.1 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA MUNICIPIO DE SUESCA CUNDINAMARCA
....................................................................................................................................................... 43
3.1.1 Perfil estratigráfico ........................................................................................................ 45
3.2 HIDROLOGIA ................................................................................................................ 57
3.2.1 Registro pluviómetro ............................................................................................... 57
3.2.2 Distribución de probabilidades pluviométricas .................................................... 58
3.2.3 Precipitación máxima para diferentes tipos de lluvia .......................................... 59
3.2.4 Intensidad de lluvia, según Duración de precipitación y Frecuencia de esta. .... 59
3.2.5 Regresiones .............................................................................................................. 60
3.2.6 Curvas IDF............................................................................................................... 69
3.2.7 Caudales método racional .......................................................................................... 71
3.3 EXPERIMENTACIÓN ........................................................................................................ 72
3 ANALISIS DE VARIABLES ................................................................................................. 74
4.1 FUERZA TOTAL APLIACADA EN EL DIQUE .............................................................. 74
4.2 ESTABILIDAD DEL DIQUE .............................................................................................. 78
4.2.1 Peso total del dique ......................................................................................................... 78
4.2.2 Revisión de la estabilidad .............................................................................................. 79
4 CONCLUSIONES ................................................................................................................... 83
REFERENCIAS .............................................................................................................................. 85
TABLAS
Tabla 1.Escalas lineales comunes en modelos físicos. .................................................................. 32
Tabla 2. Ensayo de humedad, muestra 1 ...................................................................................... 46
Tabla 3. Ensayo de humedad, muestra 2 ...................................................................................... 47
Tabla 4. Ensayo de humedad, muestra 3 ...................................................................................... 47
Tabla 5. Ensayo granulométrico, muestra 1 ................................................................................. 49
Tabla 6. Ensayo granulométrico, muestra 2 ................................................................................. 49
Tabla 7. Resultados de ensayo de compresión inconfinada ........................................................... 51
Tabla 8. Resultados ecuaciones ...................................................................................................... 53
Tabla 9. Consistencia del suelo....................................................................................................... 54
Tabla 10. Datos Límite Liquido ..................................................................................................... 55
Tabla 11. Datos Límite Plástico ..................................................................................................... 55
Tabla 12. Datos IDEAM estación de Suesca, Cundinamarca. .................................................... 57
Tabla 13. Método de Gumbel ......................................................................................................... 58
Tabla 14. Precipitación máxima .................................................................................................... 59
Tabla 15. Intensidad de lluvia a partir de pd................................................................................ 59
Tabla 16. Periodo de retorno 2 años .............................................................................................. 61
Tabla 17. Periodo de retorno 5 años .............................................................................................. 62
Tabla 18. Periodo de retorno 10 años ............................................................................................ 63
Tabla 19. Periodo de retorno 25 años ............................................................................................ 64
Tabla 20. Periodo de retorno 50 años ............................................................................................ 65
Tabla 21. Periodo de retorno 100 años .......................................................................................... 66
Tabla 22. Periodo de retorno 500 años .......................................................................................... 67
Tabla 23. Resumen regresiones ...................................................................................................... 68
Tabla 24. Regresión potencial ........................................................................................................ 68
Tabla 25. Tabla intensidad, tiempo y duración ............................................................................ 70
Tabla 26. Coeficiente de escorrentía .............................................................................................. 71
Tabla 27. Caudal método racional. ................................................................................................ 71
IMAGENES
Imagen 1.Municipio de Ijuí, Estado de Rio Grande Do Sul. ....................................................... 13
Imagen 2. Proyecto de Bosaí de Jica. ............................................................................................. 16
Imagen 3. Barrio Fuente Clara. Medellín Colombia. .................................................................. 17
Imagen 4. Cárcava, Suesca. ............................................................................................................ 18
Imagen 5. Cárcava vista superior. ................................................................................................. 19
Imagen 6. Ensayos In-situ. .............................................................................................................. 20
Imagen 7. Ubicación del estudio a realizar. .................................................................................. 21
Imagen 8. Muros de Gravedad ....................................................................................................... 25
Imagen 9. Anclado de Refuerzo en terreno. .................................................................................. 26
Imagen 10. Ejecución de elementos profundos mediante pantallas. ........................................... 26
Imagen 11. Implementación de muros ecológicos. ....................................................................... 27
Imagen 12. Plantación de vegetación y evitar erosión. ................................................................ 27
Imagen 13. Plano General. ............................................................................................................. 33
Imagen 14. Vista en planta Dique. ................................................................................................. 34
Imagen 15. Vista de perfil. .............................................................................................................. 35
Imagen 16. Vista en alzado. ............................................................................................................ 35
Imagen 17. Medidas de las llantas. ................................................................................................ 36
Imagen 18. Prototipo. ...................................................................................................................... 37
Imagen 19. Láminas de icopor. ...................................................................................................... 38
Imagen 20. Costruccion de cárcava con curvas de nivel. ............................................................. 39
Imagen 21. Aplicación de la primera capa de arcilla. .................................................................. 39
Imagen 22. Segunda capa de arcilla. ............................................................................................. 40
Imagen 23. Resultado de las dos capas de arcilla. ........................................................................ 41
Imagen 24. Elaboración de llantas. ................................................................................................ 41
Imagen 25. Capa de mortero impermeabilizante y construcción del muro. .............................. 42
Imagen 26. Tamices para ensayo de granulometría. .................................................................... 48
Imagen 27. Ensayo de compresión inconfinada ............................................................................ 50
Imagen 28. Modelo en experimentación ........................................................................................ 72
Imagen 29. Infiltración en la base del dique ................................................................................... 72
Imagen 30. Dique sin infiltración. .................................................................................................. 73
Imagen 31. Diámetro de Rin en cm. .............................................................................................. 74
Imagen 32. Diámetro externo y ancho de la llanta, unidades cm................................................ 74
Imagen 33. Dique fuerza aplicada. ................................................................................................ 75
Imagen 34. Medidas del dique. ....................................................................................................... 79
GRAFICOS
Grafica 1. Resistencia a la compresión vs deformación ............................................................... 51
Grafica 2. Carta de Plasticidad ..................................................................................................... 56
Grafica 3. Periodo de retorno 2 años ............................................................................................. 61
Grafica 4. Periodo de retorno 5 años ............................................................................................. 62
Grafica 5. Periodo de retorno 10 años ........................................................................................... 63
Grafica 6. Periodo de retorno 25 años ........................................................................................... 64
Grafica 7. Periodo de retorno 50 años ........................................................................................... 65
Grafica 8. Periodo de retorno 100 años ......................................................................................... 66
Grafica 9. Periodo de retorno 500 años ......................................................................................... 67
Grafica 10. Regresión potencial ..................................................................................................... 69
Grafica 11. Curvas IDF ................................................................................................................. 70
GLOSARIO
Cárcava. Es una zanja producto de la erosión que generalmente sigue la pendiente máxima
del terreno y constituye un cauce natural en donde se concentra y corre el agua proveniente
de las lluvias. El agua que corre por la cárcava arrastra gran cantidad de partículas del suelo.
(SECRETARIA DE AGRICULTURA, GANADERIA, DESARROLLO RURAL, PESCA
Y ALIMENTACION, 2014)
Dique: Es un terraplén para evitar el paso del agua, puede ser natural o artificial, por lo
general de tierra y paralelo al curso de un río o al borde del mar. (ingenieriacivilglobal, 2012)
Por lo general es de tierra y este paralelo al curso de un río. Existen diferentes tipos de diques
como los artificiales, los de contención, los rompeolas, los naturales, etc. Los diques
artificiales previenen la inundación de aquellos lugares como pueblos o campos que están
cerca de los ríos, gracias a este dique el agua tiene un flujo más rápido, y cuida las áreas
aledañas contra el embate de las olas. (Jimenez, 2010)
Las partes de un dique de contención son:
borde libre
coronamiento
nivel de agua de proyecto
corona
nivel de terreno aguas arriba
núcleo impermeable
cuerpo de apoyo aguas arriba y abajo.
Erosión Remontante. Proceso de expansión de una cuenca hidrográfica, relacionado con el
progreso gradual hacia la cabecera de la cuenca, mediante la incisión fluvial en la parte alta
de los ríos como consecuencia directa de la caída del nivel base por causas climáticas y/o
tectónicas (Cárdenas, y otros, 2014)
Material reciclable. Es el producto resultante del Reciclaje, puede extraerse de
prácticamente todas las materias que se someten al Reciclado, con la excepción de los
materiales más contaminantes, como son las pilas o la basura nuclear, para los que aún no
existen procesos eficientes de reutilización. (Inspiraction, s.f.)
Neumáticos fuera de uso (NFU): Son piezas de caucho, que se monta sobre una llanta de
una rueda. Son aquellos neumáticos que se han convertido en residuos, es decir, que su
poseedor haya desechado o tenga la intención u obligación de desechar. (Ministerio de
Agricultura, Alimentación Y Medio Ambiente, 2014)
Reservorio de agua. En el contexto del ciclo hidrológico, un reservorio representa el agua
contenida en las diferentes etapas dentro del ciclo. El reservorio más grande lo constituyen
los océanos, que contienen el 97% del agua de la Tierra. La siguiente cantidad más grande
(el 2%) se almacena en forma sólida en los casquetes polares glaciares. (Perez, s.f.)
Presión Hidrostática: Se describe como presión al acto y resultado de comprimir, estrujar
o apretar; a la coacción que se puede ejercer sobre un sujeto o conjunto; o la magnitud física
que permite expresar el poder o fuerza que se ejerce sobre un elemento o cuerpo en una cierta
unidad de superficie.
La hidrostática, por su parte, es la rama de la mecánica que se especializa en el equilibrio de
los fluidos. El término también se utiliza como adjetivo para referirse a lo que pertenece o
está vinculado a dicha área de la mecánica.
La presión hidrostática, por lo tanto, da cuenta de la presión o fuerza que el peso de un fluido
en reposo puede llegar a provocar. Se trata de la presión que experimenta un elemento por el
sólo hecho de estar sumergido en un líquido.
INTRODUCCIÓN
Este trabajo propone alternativas para la construcción de reservorios de agua como una
herramienta para mitigar la escasez del recurso agua, ayudando por este método a la
contribución con el medio ambiente, de esta forma, es una buena solución para disminuir los
grandes depósitos de llantas en nuestro país, debido a que estos acumulamientos de llantas
se convierten en un problema de salud púbica, porque se convierte en el habitada de varios
vectores como ratas y mosquitos, que propagan enfermedades.
Se desarrollará el trabajo teniendo en cuenta unas bases teóricas para realizar el
dimensionamiento del dique como la altura, el ancho de la base del dique, el número de
neumáticos y así determinando si el dique soportar las Fuerza hidrostática. Se hará un estudio
de suelo para conocer todas las propiedades y establecer si es necesario hacer uso de
geotextiles en el fondo del dique para evitar infiltraciones.
Se realizará una fase experimental donde se verificará las bases teóricas y nos ayudara a
comprobar si nuestro dique tiene un óptimo funcionamiento.
Por último, se realizará un análisis que nos ayudara a observar si además de tener un buen
funcionamiento y así mismo cumpliendo nuestro objetivo de satisfacer a la comunidad de
Suesca con el recurso agua, y mirar si tienen otros beneficios como ayudar a prevenir la
erosión presente en las cárcavas.
1. GENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES
1.1.1 Estudio de la viabilidad del aprovechamiento de neumáticos inservibles como
material de construcción de estructuras de contención.
La problemática abarcada es de relevancia mundial por tanto es de vital importancia
reconocer sus orígenes y todo su material teórico, para así, de la misma manera ser
consecuentes con la elección del proyecto a realizar, tomando como base las premisas
anteriores, en primer lugar, se tiene que, en 2007 fue presentado en la Facultad de
Ingeniería Civil de la Universidad Regional del Noroeste del Estado de Rio Grande
Do Sul.
La investigación consistió en estudiar la reutilización de neumáticos fuera de uso
como material de cimentación estructurando los taludes necesarios con el fin de
disminuir el movimiento de tierras y deslizamientos provocados por las altas
precipitaciones en el invierno en la región de Rio Grande; de manera que se presente
una reducción considerable del empleo de concreto armado por material que puede
representar afectación a la salud publica si no se realiza una debida disposición final.
Esta investigación ayudó a definir la viabilidad de los neumáticos fuera de uso
teniendo en cuenta parámetros de estabilidad, facilidad de mano de obra durante y
antes del proceso constructivo del dique, requerimientos adicional para la
construcción del dique como soportes para la debida alineación de los neumáticos y
la cimentación adecuada con el suelo aportante y la solución para el pasivo ambiental
causado por los neumáticos que se encuentran acumulado en los rellenos sanitarios
de Porto Alegre o a desechados a margen de los vertimientos próximos a las industrias
automovilísticas. (Baroni, 2017).
Imagen 1.Municipio de Ijuí, Estado de Rio Grande Do Sul.
Fuente: (Baroni, 2017).
1.1.2 Construcción de estructuras de contención utilizando neumáticos inservibles:
análisis numérico y caso de obra.
En octubre del 2012 fue presentado en la revista científica de Minas Gerais de la
Universidad de la Pampa en conjunto con la Universidad Federal de Santa Maria
(UFSM), el trabajo de investigación Construcción de estructuras de contención
utilizando neumáticos inservibles: análisis numérico y caso de obra Barbosa Pinheiro
et al.; la investigación tuvo como fundamento realizar estudios paramétricos para
definir la estabilidad aportante del talud conformado por residuos de neumáticos
inservibles y establecer los requerimientos esenciales durante el proceso constructivo
de los mismos. Dentro de las recomendaciones establecidas en el informe, uno de los
parámetros más importantes para tener en cuenta en la ejecución del talud es el
drenaje, con el fin de aliviar la presión generada por el suelo sobre el muro; de la
misma manera, a pesar de que se presentan óptimas características del talud, es
imprescindible el estudio de suelos para conocer la capa que será fundamental para
establecer la capacidad aportante del suelo. (Pinheiro Barbosa, 2012).
1.1.3 Viabilidad de muros de llantas para la estabilización de taludes en el barrio La
Capilla-Soacha Cundinamarca.
En diciembre del 2014 se expuso a la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad
Católica de Colombia, el trabajo especial de grado Viabilidad de muros de llantas
para la estabilización de taludes en el barrio La Capilla-Soacha Cundinamarca en
autoría de Barón Zambrano como requisito para optar por el título de Ingeniero Civil.
El actual trabajo tuvo como finalidad brindarle a la comunidad del barrio La Capilla
de Soacha Cundinamarca una alternativa económica en la estabilización de taludes a
partir de muros de llantas identificando las zonas con mayor potencial para la
construcción de los mismos. El presente estudio ayudó a la comunidad de Soacha en
la estabilización de taludes con un material de bajo costo con requerimientos
adicionales de alambre galvanizado calibre No. 12 para encofrar los neumáticos y que
los mismos siguieran sujetos finalizado el proceso constructivo; palas, piochas,
barras, alicate y barretón para realizar la construcción de la zanja que tiene por
finalidad funcionar como cimentación del muro con una capa de llantas debidamente
distribuidos y finalmente, la colocación de estacas de madera –el dimensionamiento
de las mismas depende directamente de la profundidad de localización de la capa
aportante del suelo para dar estabilidad al muro-. Finalmente, el actual informe
comprobó que el sistema constructivo con llantas funciona como solución a los
problemas de deslizamiento en el barrio La Capilla del municipio de Soacha;
asimismo, se presentó un diseño de estabilización de taludes comprobando con las
diferencias económicas con respecto a las soluciones tradicionales mediante muro de
llantas. (Zambrano, 2014).
1.1.4 Guía de la construcción del muro de contención, con llantas usadas (muro de
protección de pendiente).
Por otra parte, en agosto de 2010 en el proyecto Bosai de JICA, el trabajo especial
Guía de la construcción del muro de contención, con llantas usadas (muro de
protección de pendiente), el objetivo del presente proyecto tenía como finalidad
proteger terrenos inclinados para prevenir la erosión, deterioro y colapso de la
pendiente debido a la presión del terreno y demostrar que se pueden emplear
diferentes tamaños de neumáticos y levantar un muro hasta de dos (2) metros. Dentro
de las recomendaciones establecidas en el informe, se recalca el mantenimiento del
muro cada año al finalizar la temporada de lluvias revisando que las llantas no se
hayan dislocado de posición, revisar los cimentos para que no se hayan deteriorado
debido a la precipitación, cerciorarse del relleno de las llantas y que el relleno de esté
lavando. (JICA, 2010).
Imagen 2. Proyecto de Bosaí de Jica.
Fuente: (JICA, 2010).
1.1.5. La Secretaría de Desarrollo Social, Alcaldía de Medellín.
En enero de 2012 la Alcaldía de Medellín entregó a la comunidad del barrio Fuente
Clara, sector La Iguaná, un nuevo muro construido con llantas usadas construido
debajo del acceso peatonal beneficiando a 50 viviendas y 200 habitantes que utilizan
como sendero de paso diariamente. El terreno presentaba una grave problemática
debido a los deslizamientos causado por las infiltraciones de aguas y continuas lluvias
y el propósito del proyecto fue encontrar un material ambientalmente amigable para
formar el muro de contención con características de mínimo deterioro, baja mano de
obra especializada y restauración del mismo. Marleny Urán, líder de la comunidad
durante la construcción del dique afirma que fue una excelente solución debido a su
economía de construcción de manera que ayuda a integrar a la comunidad por medio
de la participación en la construcción. (Medellín, 2012).
Imagen 3. Barrio Fuente Clara. Medellín Colombia.
FUENTE: (Medellín, 2012).
1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.
Imagen 4. Cárcava, Suesca.
Fuente: Autor
Los Neumáticos fuera de uso se han convertido en una problemática de salud pública, donde
su deficiente control y manejo las dejan en separadores, lotes baldíos y bodegas del distrito
o corporaciones regionales. Debido a que los Neumáticos fuera de uso son considerados
residuos peligrosos su manejo es de forma especial, sin embargo, la problemática erradica en
su mala disposición final, provocando accidentes, como incineraciones o quemas
incontroladas que deterioran la calidad del aire.
Imagen 5. Cárcava vista superior.
Fuente: Autor
Para llegar al detalle, se debe tener en cuenta que una sola llanta quemada
puede contaminar lo mismo que el uso promedio de un automóvil durante todo un año, la
quema de 2 toneladas de llantas muestra un 200% de incremento del nivel de mercurio en el
aire y un 500% de incremento en el zinc en forma de ceniza que se mezcla con el aire que se
respira (Escobedo, 2010). Por otro lado, la escasez de agua para suelos de uso agropecuario
debilita el sistema agrario del país y afecta directamente a los campesinos, esta problemática
es ocasionado con mayor impacto en los meses de verano, lo que limita la zona como área
productiva.
El reciente crecimiento de residuos sólidos en rellenos sanitarios (Gutiérrez Roa, 2008) ha
sido objeto de varios debates generando retos para alcaldías distritales, locales y entidades
públicas en encontrar alternativas de aprovechamiento; en el cual, una de las soluciones
presentadas por la Corporación Autónoma Regional (CAR) para disminuir la aglomeración
indiscriminada en bodegas, es la implementación de diques con diversos materiales
reciclables con el propósito de mitigar la erosión Remontante presentada en Suesca; no
obstante, preexiste la problemática de sequía en las épocas de verano afectando seriamente
las prácticas agropecuarias. Por tanto, partiendo de lo anterior surge la inquietud ¿los diques
construidos con neumáticos fuera de uso para mitigar la erosión Remontante son a su vez
viable para la creación de reservorios con usos para riego y consumo del ganado? La anterior
inquietud al ser respondida ofrecería una alternativa para disminuir el área de cárcavas
causadas por erosión eólica y el aporte de obtención de estanques de reserva de agua.
Imagen 6. Ensayos In-situ.
Fuente: Autor
La escasez del recurso agua en época de sequía ha sido un problema que durante años ha
afectado a la población de Suesca- Cundinamarca, ésta es ocasionada porque el acueducto
que los suple restringe su uso únicamente para consumo humano; limitando a los habitantes
de la zona en sus actividades agropecuarias y de riego.
Imagen 7. Ubicación del estudio a realizar.
FUENTE: Google Earth
Para mitigar la problemática mencionada se estudiará la viabilidad de un dique a partir de
Neumáticos Fuera de Uso. Este tipo de obras biomecánicas se diseñarán y realizarán con
alternativas económicas de fácil acceso para los pobladores, debido que el estudio a realizar
es pensado para la comunidad se Suesca la cual necesita de un diseño sencillo y del menor
costo posible. Para evaluar la efectividad del proyecto, se diseñará un dique con una
estructura optima, se realizará con neumáticos cortados en sus laterales para la reducción en
costo de transporte, todo con el objetivo de entregarle la mejor opción a la población; se
comprobar la estabilidad y eficiencia como reservorios de agua.
Este proyecto se limitará a la construcción de un modelo físico y determinar la viabilidad
como reservorio de agua y a su vez como una medida para disminuir la erosión remóntate.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo General
Proponer alternativas innovadoras para la construcción de reservorios de agua como
herramienta para mitigar la escasez del recurso agua, así como también procurar la
optimización de la disposición final de los Neumáticos Fuera de Uso.
1.3.2 Objetivos Específicos
Plantear la construcción de diques con Neumáticos Fuera de Uso, como alternativas
económicas y ambientales para mitigar la escasez de agua en época de verano con
fines de riego, agropecuarios y ganadero.
Evaluar las propiedades del terreno (topografía y permeabilidad) para la ejecución del
modelo con el material principal de construcción.
Construir un modelo físico para determinar la viabilidad y estabilidad del dique con
Neumáticos Fuera de Uso para reservorios de agua.
1.4 ALCANCES
Las Neumáticos fuera de uso son una problemática a nivel global, su mal manejo y deficiente
sistema de disposición final o posterior utilización en proyectos de innovación no se realiza
de forma oportuna en nuestro país, en su mayoría terminan aglomeradas en separadores, lotes
baldíos, bodegas que los municipios o corporaciones ambientales regionales disponen para
ello o incineradas, ocasionando un deterioro en la calidad del aire. Sin embargo, no se ha
otorgado una acción concreta contra este foco de contaminación, provocando accidentes que
deterioran la calidad de vida de las ciudades.
En virtud de lo anterior se propone una manera distinta de ver esta problemática, los
Neumáticos por su contextura, tamaño, componentes y precio pueden ser materiales óptimos
para la construcción de diques y muros de contención con fines diversos, entre la generación
de reservorios de agua suministradas por el flujo superficial y de precipitación, determinar
que no se presente infiltración en el muro de manera que se certifique su funcionamiento
como captación del recurso mencionado; debido que limitan el uso del mismo para desarrollo
agrícola lo que ocasiona detrimento al sector y directamente a los campesinos.
Se desarrollará un estudio de suelos para ver si las propiedades son óptimas, se realizará un
diseño que se ajuste a las características del terreno, se construirá un prototipo para la fase
experimental y finalmente se determinara la viabilidad del dique con neumáticos fuera de
uso para reservorios de agua.
1.5 MARCO TEÓRICO
1.5.1 Estructuras de contención
Existen varios tipos de sistemas de contención y estabilidad de taludes, manejados a lo largo
del tiempo, para la solución de derrumbes o deslizamiento de grandes masas de terreno. En
términos generales, se pueden plantear una clasificación en la que se tuviera en cuenta el
objetivo de la intervención sobre el talud, laderas o bien la retención de cuerpos de agua.
El sistema de contención se presenta sobre una gran masa de terreno inestable que puede
provocar fenómenos de deslizamiento o en sistemas de contención de menor masa de terreno
movilizada. En los casos más usuales sobre el talud, pueden ser de varios tipos y
combinaciones entre los mismos, y todas ellas van encaminadas a conseguir un coeficiente
de seguridad admisible frente al desplazamiento posible.
Construcción de elementos resistentes de contención, mediante muros de gravedad
que van anclados al terreno para resistir los esfuerzos por los empujes.
Imagen 8. Muros de Gravedad
Fuente: (Candela Gonzalez., 2014)
Imagen 9. Anclado de Refuerzo en terreno.
Fuente: (Candela Gonzalez., 2014)
Ejecución de elementos profundos mediante pantallas.
Imagen 10. Ejecución de elementos profundos mediante pantallas.
Fuente: (Candela Gonzalez., 2014)
Implantación de muros ecológicos con material geotextil, utilizando el propio terreno
para contener las zonas inestables.
Imagen 11. Implementación de muros ecológicos.
Fuente: (Candela Gonzalez., 2014)
Estabilización del suelo con adiciones (cal) o plantación de arboles que eviten la
erosión de la capas superficiales y posterior desprendimiento.
Imagen 12. Plantación de vegetación y evitar erosión.
Fuente: (Candela González, 2014)
Con relación a todos estos sistemas de estabilización y refuerzo de taludes es imprescindible
la realización de un estudio geotécnico previo que aporte información del suelo existente en
cada caso.
1.5.2 Muros de llantas.
Sirven para la protección de caminos y terrenos que sufren amenazas de derrumbes siendo
útil en la estabilización de taludes y laderas inestables mediante de la contención del suelo.
Debido a su forma geométrica circular permite construir infinidad de diseños según la forma
y tamaño del área a proteger. Estos muros tienen una larga duración y resistente a las acciones
de agentes naturales como el agua y el suelo mismo, su construcción es sencilla y de fácil
aceptación a las comunidades.
El muro de llantas es funcional porque el soporte se da por peso propio, su estabilidad se
incrementa por la sobre posición de las llantas, entre los diversos niveles o filas de llantas
que se colocan de abajo hacia arriba a modo de escalera, el uso de tierra como relleno en su
interior puede incrementarse agregando cemento (Candela González, 2014).
Este sistema tiene ciertos beneficios frente a otros sistemas constructivos de taludes en el
país:
Alta duración y funcionalidad, dadas a las características de la llanta.
Alta resistencia a la lluvia, rayos solares y vientos.
El costo económico es bajo comparado a otros sistemas constructivos.
Evita la contaminación.
Facil de construir y de manejar por la comunidad
Permite un fácil mantenimiento del muro.
1.6 METODOLOGÍA
Definir el sitio y dimensiones del reservorio requerido a partir de: información existente de
las visitas de campo, recopilación de información de las áreas afectas por erosión, revisión y
análisis de información secundarias de alternativas y la influencia de la construcción de
diques en zonas erosionadas.
A partir de una base teórica determinar las especificaciones del dique que son: las
dimensiones (alto, largo y ancho), volumen, peso propio del dique y la fuerza de empuje con
el fin de determinar el mejor diseño para su mejor eficiencia.
Posteriormente, se remontará a una fase experimental y técnica de observación del modelo
físico de laboratorio para corroborar los resultados teóricos o los diseños propuestos.
Finalmente, se determina la viabilidad del dique con neumáticos fuera de uso para reservorios
de agua.
Las fases en las que se desarrolló el presente proyecto se describen a continuación.
Búsqueda de información relacionada con la construcción de modelos físicos - de
flujo de agua y socavación.
Análisis y determinación de la escala de trabajo en el modelo.
Determinación de materiales de construcción para el modelo.
Construcción del modelo y elementos de disipación e instrumentación.
Realización de pruebas
Análisis de resultados
2. MODELO FISICO
Debemos tener en cuenta que la geometría del sitio de estudio no va a tener grandes
variaciones una vez puesto el dique, por lo que facilita el cálculo de dimensiones y se procede
hacer un estudio del suelo. Además, se espera que la erosión de la cárcava se reduzca.
Estas modelaciones ya sean físicas o matemáticas, deben definir cuáles son las variables que
intervienen y las condiciones de frontera en las que se encuentra, de tal forma se podrá
determinar qué tipo de modelación es conveniente realizar o si es necesario realizar ambos
tipos de modelación de ser necesario como complemento una de la otra.
La fuerza de gravedad domina los problemas de obras hidráulicas y de ingeniería fluvial. La
ley de semejanza en este caso, llamada semejanza de Froude, garantiza que esta fuerza en su
proporción con la resultante se reproduce correctamente en el modelo.
Las escalas de semejanza más útiles que se deducen de la semejanza de Froude son la
velocidad y el caudal. Si una fuerza menor (de viscosidad, de tensión superficial) toma en el
modelo una importancia como para alterar el movimiento, hablamos de un efecto de escala.
(Escuela Colombiana de Ingeniería, 20012)
La similitud completa del sistema a superficie libre modelo – prototipo se presenta al
cumplirse las relaciones de las magnitudes físicas homologas como la dinámica, cinemática
y geometría. Para lograr la similitud geométrica se debe tener en cuenta la escala de
longitudes:
EL = Lprototipo/Lmodelo
En cuanto a la similitud cinemática se necesita que se cumpla con la similitud geométrica y
las escalas de velocidades y tiempos.
Ev = Vprototipo/Vmodelo ET = Tprototipo/Tmodelo j
También es necesario tomar en consideración la acción de fuerzas sobre las partículas del
fluido:
- Fricción (Ff). – Tensión superficial (Ft) - Gravedad (Fg)
- Inercia (FI) - Coriolis (Fc)
Para lograr la similitud dinámica se debe tener en cuenta que el poligono de fuerzas que actúa
sobre el punto homólogo debe ser geométricamente similar, es decir la relación de fuerzas
homologas debe ser un factor constante en todo el sistema.
Ff prototipo / Ff modelo = Ft prototipo / Ft modelo = Fg prototipo /Fg modelo = FI
prototipo / FI modelo
La determinación de la escala del modelo se caracteriza de acuerdo a los parámetros de fondo,
que clasifican el modelo como de fondo fijo (donde los niveles y parámetros de flujo son
determinantes) y de fondo móvil (relacionado con problemas de estabilización de causes).
(S., 1993)
Partiendo de la información recopilada para el estudio pertinente la escala es escogida
basándose principalmente a estos parámetros:
Tabla 1.Escalas lineales comunes en modelos físicos.
La construcción del modelo debe realizarse sobre bases sólidas donde no exista la posibilidad
de asentamientos que afecten el funcionamiento de este.
2.1 PLANOS
En la imagen 11, se puede observar un plano general donde tenemos la cárcava que se
utilizó para el estudio de viabilidad que contempla las líneas de nivel y la ubicación del
dique.
Por otro lado, las líneas de nivel fueron construidas mediante la ayuda de Google Earth, y
las medias tomadas en campo.
Imagen 13. Plano General.
Fuente: Autor
2.1.1 Vista en planta
Se puede observar los diferentes niveles del dique que se diferencia mediante colores, además
se observa que la planta baja costa de una cantidad menor de neumáticos debido que es la
base del dique y mediante va aumentando la cantidad de neumáticos se va haciendo más
grande tomando así la forma de la montaña.
Imagen 14. Vista en planta Dique.
Fuente: Autor
2.1.2 Vista de perfil
Se observa claramente como están conformados los niveles del dique, y cada uno por la
cantidad de llantas.
Imagen 15. Vista de perfil.
Fuente: Autor
2.1.3 Vista en alzado
Por último, en esta vista se observa como el dique toma la forma de la montaña, siendo mas
angosto en de la basa y aumentado con relación a la montaña.
Imagen 16. Vista en alzado.
Fuente: Autor
2.1.4 Medidas de las llantas
Las medidas de las llantas que fueron utilizadas para la elaboración de los planos.
Imagen 17. Medidas de las llantas.
Fuente: Auto
2.2 PROTOTIPO
En primer lugar, se realizó un prototipo de escala 1:50 el cual ayudo a determinar si el
dimensionamiento del terreno se adapta al diseño propuesto y comprobar que el diseño del
muro es el óptimo.
Procedimiento:
1. Se cortaron las curvas de nivel una por una en cartón cartulina teniendo en cuenta las
curvas de nivel del terreno.
2. Se pegaron las curvas de nivel una encima de otra, dando así el terreno de la cárcava
a estudiar.
3. Para las llantas se realizaron con plastilina negra.
4. Se pegaron las llantas de acuerdo con el diseño ya estipulado.
Imagen 18. Prototipo.
Fuente: Auto
De esta manera se da paso para realizar la construcción del modelo físico en una escala
mayor para poder realizar la experimentación.
2.3 CONSTRUCCIÓN MODELO FÍSICO
Una vez determinado el diseño del muro, se procede a realizar el modelo físico con una escala
de 1:25 con ayuda de la similitud de Froude ya mencionada, se procede a cortar cada una de
las capas de nivel, las cuales son de icopor de 1cm de grosor.
Imagen 19. Láminas de icopor.
Fuente: Auto
Ya teniendo cortadas todas las láminas se procede a pegar una tras otra para así darle la forma
de la cárcava como se muestra en la siguiente imagen.
Imagen 20. Costruccion de cárcava con curvas de nivel.
Fuente: Auto
Una vez cortadas y pegadas tolas las láminas se procede a darle la primera mano de arcilla
en toda la maqueta para que de esta forma se asimile más a terreno.
Imagen 21. Aplicación de la primera capa de arcilla.
Fuente: Auto
Teniendo aplicada la primera mano de arcilla se deja secar por 24 cuatro horas, y pasado este
tiempo se observa que la arcilla se encuentra cuarteado por lo que se toma la decisión de
darle una segunda mano de arcilla.
Imagen 22. Segunda capa de arcilla.
Fuente: Auto
Colocadas las dos capas de arcilla tenemos el siguiente resultado, osbervando asi que se
perce aun mas a nuestro terreno.
Imagen 23. Resultado de las dos capas de arcilla.
Fuente: Auto
Se procedió a realizar el corte de cada una de las llantas, que conforman el muero, con una
manguera del diámetro establecido y se procede a cortar una por una.
Imagen 24. Elaboración de llantas.
Fuente: Auto
De esta forma y como último paso se aplicó una última capa de mortero impermeabilizante
el cual ayuda que así no evitar que se infiltre el agua por las curvas de nivel, para las llantas
se consigue una manguera con el diámetro similar a las llantas y se corta con la altura
necesaria y finalmente se hace la construcción del dique con material extraído del terreno.
Imagen 25. Capa de mortero impermeabilizante y construcción del muro.
Fuente: Auto
3. ENSAYOS
3.1 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA MUNICIPIO DE SUESCA
CUNDINAMARCA
Dado a la ubicación se encuentra una amplia distribución de rocas sedimentarias y se
encuentran las formaciones Guadalupe, Guaduas, Bogotá y Areniscas del cacho. De igual
forma se encuentra la cuenca atravesada por la falla de Suesca, la cual fue rellenada por
areniscas. También tenemos la laguna de Suesca que es de origen tectónico y está ligada a la
formación de la cordillera oriental.
En la región se despliegan rocas de ambiente geológico sedimentario, de edad cretácica,
terciaria y cuaternaria, constituido por areniscas, limonitas, arcillolitas y depósitos aluviales.
La zona se encuentra en la parte Sur de la Cuenca Ubaté – Suárez, conformando un paisaje
intramontano delimitado lateralmente al NW y SE, por elevación montañosas y una parte
central plana, constituida por un cuerpo de agua. A continuación, se presentan la estructura
de los diferentes tipos de suelos presentes en el área.
Formación Guadalupe: Este tipo aflora en el Sur y Norte de la microcuenca. Son rocas
antiguas, duras, consolidadas, conformadas por areniscas friables de alta permeabilidad. Esta
formación tiene un gran espesor, gracias a esto y su permeabilidad es considerada uno de los
acuíferos más importantes de la región (calidad de agua y capacidad de almacenarla).
Formación Guaduas: Se encentra en la parte Suroriental y Noroccidental de la microcuenca,
conformada por mezcla de rocas blandas incorporadas por arcillolitas verdosas y rojizas, con
mezcla de arenisca cuarzosas algo arcillosas y mantos de carbón de cierto interés económico,
tiene un poco importancia hidrológica (escasa posibilidad de almacenar y trasmitir fluidos).
Formación cacho: Se encuentra en la parte NW y SE de la microcuenca, conformada por
una serie de filos topográficos altos y delgados, con un espesor aproximado de 80m, y se
compone de areniscas, cuarzosas que tienen un grano grueso, cemento ferruginoso hasta
intercalaciones de corazas férricas y mineralizaciones de limonita y hematita. Se caracteriza
por ser rocas con dureza muy alta, una capacidad portante excelente y una buena estabilidad
de taludes.
Formación Bogotá: Se encuentra en la parte W de la laguna de Suesca, conformada por
estrato de arcilloliras con un espesor de 600m, con mezclas de arenisca friable de grano
medio a fino, arcillosa de colores a crema.
3.1.1 Perfil estratigráfico
De la investigación realizada, tanto en campo como en laboratorio, se presente a continuación
las características del subsuelo encontrado en la zona donde se distinguen dos capas:
Estrato 1 Capa Vegetal. Se encuentra superficial una capa vegetal de 0,1 meros, un relleno
orgánico compuesto por pasto y raíces.
Estrato 2 Arcilla Inorgánica de mediana plasticidad. Se encuentra debajo de la capa
vegetal o relleno, alcanza hasta una profundidad de 3 metros. Los resultados de campo son
los siguientes:
Clasificación U.S.C: CL
Humedad Natural: 22- 30 %
Limite liquido: 30- 40 %
Limite Plástico: 16-17 %
Suelo cohesivo
3.1.1.1 Ensayo Humedad
Este ensayo tiene como finalidad, determinar el contenido de agua en la muestra de suelo. Es
el primer ensayo que se hace una vez llegue la muestra al laboratorio, debido que es una de
las características más importantes para explicar el comportamiento de este.
Se realizaron diferentes ensayos de humedad para tener con mayor precisión. Se utilizo el
método tradicional que es por medio del secado al horno donde la humedad del suelo es
expresada en porcentaje y es la relación entre el peso del agua existente y el peso de las
partículas sólidas.
Ecuación 1. Porcentaje de humedad.
𝑤 =𝑊1 − 𝑊2
𝑊2 − 𝑊𝑐 𝑥 100
w = Contenido de agua %
W1 = Peso del suelo húmedo + recipiente
W2 = Peso del suelo seco + recipiente
Wc = Peso del recipiente
Fuente: (INVIAS, 2012)
A continuación, se presentan los diferentes ensayos y resultados obtenidos en laboratorio:
Tabla 2. Ensayo de humedad, muestra 1
Fuente: Autor
15 Nº
199,77 gm
170,89 gm
41,77 gm
22,37 %
HUMEDAD NATURAL
RECIPIENTE
PESO DEL SUELO HUMEDO + RECIPIENTE
PESO DEL SUELO SECO + RECIPIENTE
PESO DEL RECIPIENTE
CONTENIDO DEL AGUA
Tabla 3. Ensayo de humedad, muestra 2
Fuente: Autor
Tabla 4. Ensayo de humedad, muestra 3
Fuente: Autor
Donde se observar que el porcentaje de humedad se encuentra entre 22 – 30%.
RECIPIENTE 131 Nº
PESO DEL SUELO HUMEDO + RECIPIENTE 186,26 gm
PESO DEL SUELO SECO + RECIPIENTE 153,31 gm
PESO DEL RECIPIENTE 36,26 gm
28,15036309 %
HUMEDAD NATURAL
CONTENIDO DEL AGUA
RECIPIENTE 25 Nº
PESO DEL SUELO HUMEDO + RECIPIENTE 149,99 gm
PESO DEL SUELO SECO + RECIPIENTE 126,38 gm
PESO DEL RECIPIENTE 46,32 gm
29,49 %
HUMEDAD NATURAL
CONTENIDO DEL AGUA
3.1.1.2 Ensayo Granulométrico
Para determinar el tamaño de las partículas de la muestra fue necesario realizar un lavado
que determino el contenido de área. Donde se muestra que la cantidad de arenas en la muestra
es mínima.
Imagen 26. Tamices para ensayo de granulometría.
Fuente: Autor
Resultados del laboratorio:
Tabla 5. Ensayo granulométrico, muestra 1
Fuente: Autor
Tabla 6. Ensayo granulométrico, muestra 2
Fuente: Autor
Encontramos que la cantidad de arenas en nuestra muestra es muy pequeña determinando
así que es menor del 1%.
PESO RETENIDO gm % PASA % RETENIDO TAMIZ Nº
0 100% 0% Nº 4
0 100% 0% Nº 10
0,05 91,94% 8,06% Nº 20
0,04 93,55% 6,45% Nº 40
0,02 96,77% 3,23% Nº 60
0,16 74,19% 25,81% Nº 100
0,35 43,55% 56,45% Nº 200
0 0% 0% FONDO
PESO RETENIDO gm % PASA % RETENIDO TAMIZ Nº
0 100% 0% Nº 4
0,03 94,23% 5,77% Nº 10
0,02 96,15% 3,85% Nº 20
0,03 94,23% 5,77% Nº 40
0,02 96,15% 3,85% Nº 60
0,14 73,08% 26,92% Nº 100
0,26 50,00% 50,00% Nº 200
0,02 0% 3,85% FONDO
3.1.1.3 Ensayo Compresión Inconfinada
La práctica consiste en aplicarle a una probeta de suelo cilíndrico hasta llevarle a ala falla,
este ensayo solo se aplica a suelos cohesivos que no expulsen agua durante la etapa de carga
como arcillas o suelo cementos.
Imagen 27. Ensayo de compresión inconfinada
Fuente: Autor
Resultados obtenidos en el laboratorio:
Tabla 7. Resultados de ensayo de compresión inconfinada
Fuente: Autor
Grafica 1. Resistencia a la compresión vs deformación
Fuente: Autor
CARGA Kg DEFORM 0,001"
ALTURA 88,32 0 0
DIAMETRO 34,52 8,94 10
AREA 608,212338 18,92 20
27,31 30
38,19 40
RECIPIENTE 31 45,21 50
PMH + R 190,88 50,94 60
PMS + R 159,25 60,76 70
PESO R 37,34 64,28 80
HUMEDAD % 25,95 31,6 90
PESO TOTAL 154,71
DATOS DE LA MUESTRA
HUMEDAD DE RESIDUOS
A continuación, se presenta el procedimiento a seguir para obtener la consistencia del suelo
según la resistencia a la compresión.
Ecuación 2. Deformación unitaria.
𝜀 =∆𝐿
𝐿𝑜
𝜀 = Deformación unitaria axial para la carga dada.
∆𝐿 = Cambio en longitud de la muestra, igual al cambio entre la lectura inicial y final del
indicador de deformación.
Lo = Longitud inicial de la muestra.
Fuente: (INVIAS, 2012)
Ecuación 3. Sección trasversal promedio.
𝐴 =𝐴𝑜
(1 − 𝜀)
A = sección trasversal promedio.
𝜀 = Deformación unitaria axial para la carga dada.
Ao = área inicial promedio de la probeta.
Fuente: (INVIAS, 2012)
Ecuación 4. Esfuerzo
𝜎𝑐 =𝑝
𝐴
𝜎𝑐 = Esfuerzo
p = Carga aplicada dada
A = Area de sección promedio correspondiente.
Fuente: (INVIAS, 2012)
Resultado obtenido de las ecuaciones dadas anterior mente:
Tabla 8. Resultados ecuaciones
Fuente: Autor
Analizando los resultados se determina que la consistencia al suelo es Mediana con una
Resistencia a la Compresión Incofinada entre 0,50-1,00 (KG/cm2).
ΔL 0,023 cm
Lo 8,800 cm
ε 0,003
Δo 60,821 cm2
A 60,980 cm2
σc 0,518 kg/cm2
Tabla 9. Consistencia del suelo
Fuente: (INVIAS, 2012)
3.1.1.4 Ensayo Limite Liquido y Plástico
Un suelo cohesivo, debido a la naturaleza y contenido de humedad, se puede presentar en
estado sólido, semisólido, platico y semilíquido o viscoso. Donde el limite liquido se
encuentra entre los estados semilíquido y plástico; el limite platico se encuentra entre los
estados plástico y semisólido; y encontramos un límite llamada de retracción que se encuentre
entre el estado semisólido y sólido.
3.1.1.4.1 Límite Liquido
El límite liquido se define, como la humedad con las que una zanja que separa dos partes
des una pasta de suelo, que se cierra cuando se deja caer la cuchara de Casagrande 15, 25 y
35 veces desde una altura de 1cm.
Tabla 10. Datos Límite Liquido
Fuente: Autor
3.1.1.4.2 Limite Plástico
Límite Plástico definido como la cantidad de agua más baja con la que se puedan formar
cilindros del suelo con un diámetro de 3mm, sin que estos se desarmen.
Tabla 11. Datos Límite Plástico
N° 22 99 19
gm 18,21 21,25 21,92
gm 15,48 17,77 18,57
gm 6,83 6,33 7,14
gm 8,65 11,44 11,43
gm 2,73 3,48 3,35
% 31,56 30,42 29,31
N 15 25 35
LIMITE LIQUIDO
CONTENIDO DE HUMEDAD
N° DE GOLPES
RECIPIENTE
PESO DEL SUELO HUMEDO + RECIPIENTE
PESO DEL SUELO SECO + RECIPIENTE
PESO DEL RECIPIENTE
PESO DEL SUELO SECO
PESO DEL AGUA
LÍMITE LIQUIDO LL 30,42
N° 80 87
gm 22,25 21,52
gm 20,7 20,1
gm 11,25 11,48
gm 9,45 8,62
gm 1,55 1,42
% 16,40 16,47
N
LIMITE PLASTICO
CONTENIDO DE HUMEDAD
N° DE GOLPES
RECIPIENTE
PESO DEL SUELO HUMEDO + RECIPIENTE
PESO DEL SUELO SECO + RECIPIENTE
PESO DEL RECIPIENTE
PESO DEL SUELO SECO
PESO DEL AGUA
LÍMITE PLÁSTICO LP 16,44
Fuente: Autor
Teniendo en cuenta la tabla de clasificación de materiales en función de límites de
Atterberg, se determinó que es un suelo Arcilloso de Baja Plasticidad (CL).
Grafica 2. Carta de Plasticidad
Fuente: Granada, 2004
3.2 HIDROLOGIA
3.2.1 Registro pluviómetro
Tabla 12. Datos IDEAM estación de Suesca, Cundinamarca.
Fuente: IDEAM, s.f.
Año Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
1974 1,0 1,00
1975 5,5 36,4 10,7 36,0 72,4 12,7 47,7 20,8 15,5 35,1 40,2 23,0 72,40
1976 18,5 22,3 63,1 63,3 50,7 24,8 1,2 11,3 34,5 49,0 29,7 23,5 63,30
1977 6,6 10,0 45,6 21,5 50,0 23,4 30,0 80,0 37,7 44,3 46,8 2,1 80,00
1978 18,7 53,7 44,5 31,5 22,0 38,2 39,2 55,0 30,0 55,00
1979 * 86,6 10,0 86,60
1980 60,0 * 78,0 21,0 20,9 13,2 15,0 15,5 29,1 78,3 16,7 78,30
1981 46,1 19,3 41,2 61,2 * 44,9 6,9 39,5 11,8 55,8 63,9 10,1 63,90
1982 31,3 28,8 41,0 32,5 28,0 5,0 1,0 0,0 19,0 38,0 31,0 60,0 60,00
1983 26,7 3,1 10,0 16,0 * 20,0 1,8 16,8 50,0 45,0 11,5 50,00
1984 8,0 25,0 37,4 62,0 50,6 16,2 10,8 27,9 32,1 10,1 15,1 77,4 77,40
1985 3,3 2,7 12,4 80,0 48,0 7,6 9,8 5,0 28,0 35,0 19,0 3,0 80,00
1986 17,9 20,2 32,3 48,0 24,0 10,0 3,0 18,0 15,9 56,1 42,0 0,0 56,10
1987 7,1 38,0 37,0 46,4 24,0 62,9 15,0 31,4 24,0 33,0 16,0 11,4 62,90
1988 10,0 20,5 0,0 34,0 42,0 40,0 29,0 33,0 14,0 25,0 47,0 5,4 47,00
1989 3,7 23,0 47,0 16,0 61,2 17,5 26,5 10,5 36,6 31,0 3,2 47,5 61,20
1990 14,0 79,9 24,0 16,0 43,9 8,6 5,4 19,5 10,6 75,5 13,4 20,8 79,90
1991 30,0 31,4 59,6 41,5 17,2 40,5 15,8 20,0 29,6 15,6 44,0 3,0 59,60
1992 12,0 4,2 11,0 45,0 38,1 33,9 7,8 22,3 73,0 12,4 24,0 22,0 73,00
1993 15,9 24,8 32,0 32,1 67,9 4,9 8,1 49,0 25,4 67,90
1994 66,3 29,8 49,7 41,1 48,0 5,0 19,1 9,3 24,3 42,4 29,7 39,0 66,30
1995 2,2 13,0 20,0 74,3 40,0 35,7 30,9 31,2 26,2 25,5 14,8 34,8 74,30
1996 34,7 22,9 21,5 60,0 39,9 23,1 19,0 0,0 92,3 51,0 24,0 23,3 92,30
1997 85,1 4,4 29,7 32,3 36,0 11,2 1,2 0,0 43,8 41,4 37,8 10,0 85,10
1998 14,8 37,0 57,5 55,8 35,2 9,7 5,0 16,4 63,0 40,0 15,8 38,3 63,00
1999 32,3 37,5 71,0 43,2 10,2 46,0 7,9 36,9 50,2 45,0 33,5 19,0 71,00
2000 10,3 38,0 57,0 58,0 34,4 26,5 83,5 33,0 32,0 23,5 28,5 23,3 83,50
2001 8,2 47,6 23,3 21,0 27,3 25,2 32,5 0,0 20,9 42,1 14,3 20,3 47,60
2002 33,5 71,8 33,5 89,5 32,3 24,5 34,5 3,3 28,5 25,5 32,7 53,0 89,50
2003 27,0 17,0 37,5 54,5 17,5 10,0 4,1 13,5 3,5 48,0 29,0 22,5 54,50
2004 16,5 62,5 33,5 49,8 46,2 15,5 24,0 14,1 28,1 33,2 31,0 19,2 62,50
2005 12,5 13,7 90,0 20,1 77,0 4,0 20,0 15,0 14,5 35,0 28,0 35,0 90,00
2006 28,4 21,0 31,5 35,0 78,7 28,0 10,0 9,4 39,3 38,6 55,0 40,0 78,70
2007 0,0 59,0 43,3 47,6 11,5 74,6 36,4 52,0 62,5 38,5 28,0 74,60
2008 14,1 41,5 29,8 36,7 27,6 17,5 47,0 41,5 48,0 33,3 30,3 4,3 48,00
2009 19,9 33,5 29,0 28,0 42,4 19,0 6,2 23,7 55,5 48,3 0,8 32,0 55,50
2010 0,00
2011 21,2 41,8 36,0 36,1 39,0 10,0 5,3 14,0 49,0 50,0 44,0 25,0 50,00
2012 18,0 16,0 21,0 65,0 63,0 2,0 6,0 7,1 3,0 55,8 29,0 65,00
MAX 85,10 79,90 90,00 89,50 78,70 62,90 83,50 80,00 92,30 75,50 78,30 77,40
DATOS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 Hrs. (mm)
Máximo
92,30
Registros Pluviómetro
3.2.2 Distribución de probabilidades pluviométricas
Tabla 13. Método de Gumbel
Fuente: Autor
Mes
Max. Precip. xi (xi - x)^2
75 1974 0 1,00 456,33
76 1975 0 72,40 2503,81
77 1976 0 63,30 1675,92
78 1977 0 80,00 3322,15
79 1978 0 55,00 1065,24
80 1979 0 86,60 4126,53 22,36 mm
81 1980 0 78,30 3129,07
82 1981 0 63,90 1725,41
83 1982 0 60,00 1416,62
84 1983 0 50,00 763,86
85 1984 0 77,40 3029,19 33,02 mm
86 1985 0 80,00 3322,15
87 1986 0 56,10 1138,26
88 1987 0 62,90 1643,33 25,74 mm
89 1988 0 47,00 607,03
90 1989 0 61,20 1508,39
91 1990 0 79,90 3310,63 7,50 mm
92 1991 0 59,60 1386,67
93 1992 0 73,00 2564,21
94 1993 0 67,90 2073,71
95 1994 0 66,30 1930,55
96 1995 0 74,30 2697,56
97 1996 0 92,30 4891,33
98 1997 0 85,10 3936,06
99 1998 0 63,00 1651,45
100 1999 0 71,00 2365,66
101 2000 0 83,50 3737,86
102 2001 0 47,60 636,96
103 2002 0 89,50 4507,52
104 2003 0 54,50 1032,85
105 2004 0 62,50 1611,06
106 2005 0 90,00 4574,91
107 2006 0 78,70 3173,98
108 2007 0 74,60 2728,81
109 2008 0 48,00 657,31
110 2009 0 55,50 1098,13
111 2010 0 0,00 500,06
112 2011 0 50,00 763,86
113 2012 0 65,00 1818,00
113 Suma 2526,9 122086,6
Nº AñoPrecipitación (mm)
Cálculo variables probabilísticas
==å
n
xx
i
( )=
-
-
=
å=
1
1
2
n
xx
S
n
i
i
== s*6
pa
=-= a*5772.0xu
3.2.3 Precipitación máxima para diferentes tipos de lluvia
Tabla 14. Precipitación máxima
Fuente: Autor
3.2.4 Intensidad de lluvia, según Duración de precipitación y Frecuencia de esta.
Tabla 15. Intensidad de lluvia a partir de pd
Fuente: Autor
Tiempo de
Duración 2 años 5 años 10 años 25 años 50 años 100 años 500 años
24 hr X24 19,1403 52,1106 73,9398 101,5211 121,9824 142,2927 189,2266
18 hr X18 = 91% 17,4177 47,4207 67,2852 81,2169 111,0040 129,4864 172,1962
12 hr X12 = 80% 15,3123 41,6885 59,1519 81,2169 97,5859 113,8342 151,3813
8 hr X8 = 68% 13,0154 35,4352 50,2791 69,0343 82,9481 96,7590 128,6741
6 hr X6 = 61% 11,6756 31,7875 45,1033 61,9279 74,4093 86,7985 115,4282
5 hr X5 = 57% 10,9100 29,7030 42,1457 57,8670 69,5300 81,1068 107,8592
4 hr X4 = 52% 9,9530 27,0975 38,4487 52,7910 63,4309 73,9922 98,3978
3 hr X3 = 46% 8,8045 23,9709 34,0123 46,6997 56,1119 65,4546 87,0442
2 hr X2 = 39% 7,4647 20,3231 28,8365 39,5932 47,5731 55,4942 73,7984
1 hr X1 = 30% 5,7421 15,6332 22,1819 30,4563 36,5947 42,6878 56,7680
Precipitación máxima Pd (mm) por tiempos de duración Cociente
Hr min 2 años 5 años 10 años 25 años 50 años 100 años 500 años
24 hr 1440 0,7975 2,1713 3,0808 4,2300 5,0826 5,9289 7,8844
18 hr 1080 0,9676 2,6345 3,7381 4,5120 6,1669 7,1937 9,5665
12 hr 720 1,2760 3,4740 4,9293 6,7681 8,1322 9,4862 12,6151
8 hr 480 1,6269 4,4294 6,2849 8,6293 10,3685 12,0949 16,0843
6 hr 360 1,9459 5,2979 7,5172 10,3213 12,4015 14,4664 19,2380
5 hr 300 2,1820 5,9406 8,4291 11,5734 13,9060 16,2214 21,5718
4 hr 240 2,4882 6,7744 9,6122 13,1977 15,8577 18,4981 24,5995
3 hr 180 2,9348 7,9903 11,3374 15,5666 18,7040 21,8182 29,0147
2 hr 120 3,7324 10,1616 14,4183 19,7966 23,7866 27,7471 36,8992
1 hr 60 5,7421 15,6332 22,1819 30,4563 36,5947 42,6878 56,7680
Tiempo de duración Intensidad de la lluvia (mm /hr) según el Periodo de Retorno
3.2.5 Regresiones
Representación matemática de las curvas Intensidad - Duración - Período de retorno:
I = Intensidad (mm/hr)
t =Duración de la lluvia (min)
T = Período de retorno (años)
K, m, n = Parámetros de ajuste
Realizando un cambio de variable:
Con lo que de la anterior expresión se obtiene:
n
m
t
TKI
=
mTKd =
n
ntdI
t
dI -==
Periodo de retorno 2 años
Tabla 16. Periodo de retorno 2 años
Fuente: Autor
Grafica 3. Periodo de retorno 2 años
Fuente: Autor
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 1440 0,7975 7,2724 -0,2263 -1,6454 52,8878
2 1080 0,9676 6,9847 -0,0329 -0,2297 48,7863
3 720 1,2760 6,5793 0,2437 1,6037 43,2865
4 480 1,6269 6,1738 0,4867 3,0047 38,1156
5 360 1,9459 5,8861 0,6657 3,9186 34,6462
6 300 2,1820 5,7038 0,7802 4,4503 32,5331
7 240 2,4882 5,4806 0,9116 4,9960 30,0374
8 180 2,9348 5,1930 1,0767 5,5910 26,9668
9 120 3,7324 4,7875 1,3170 6,3053 22,9201
10 60 5,7421 4,0943 1,7478 7,1562 16,7637
10 4980 23,6936 58,1555 6,9704 35,1508 346,9435
Ln (d) = 4,2817 d = 72,3605 n = -0,6164
Periodo de retorno para T = 2 años
y = 27,4095x-0,6164
R² = 0,999
0
2
4
6
8
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Inte
ns
idad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Regresión T= 2 años
I Vs. t Potencial (I Vs. t)
Periodo de retorno 5 años
Tabla 17. Periodo de retorno 5 años
Fuente: Autor
Grafica 4. Periodo de retorno 5 años
Fuente: Autor
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 1440 2,1713 7,2724 0,7753 5,6384 52,8878
2 1080 2,6345 6,9847 0,9687 6,7660 48,7863
3 720 3,4740 6,5793 1,2453 8,1933 43,2865
4 480 4,4294 6,1738 1,4883 9,1882 38,1156
5 360 5,2979 5,8861 1,6673 9,8140 34,6462
6 300 5,9406 5,7038 1,7818 10,1631 32,5331
7 240 6,7744 5,4806 1,9131 10,4853 30,0374
8 180 7,9903 5,1930 2,0782 10,7921 26,9668
9 120 10,1616 4,7875 2,3186 11,1003 22,9201
10 60 15,6332 4,0943 2,7494 11,2570 16,7637
10 4980 64,5071 58,1555 16,9861 93,3977 346,9435
Ln (d) = 5,2832 d = 197,0055 n = -0,6164
Periodo de retorno para T = 5 años
y = 197,0055x-0,6164
R² = 0,9994
0
4
8
12
16
20
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Inte
ns
idad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Regresión T= 5 años
I vs T Potencial (I vs T)
Periodo de retorno 10 años
Tabla 18. Periodo de retorno 10 años
Fuente: Autor
Grafica 5. Periodo de retorno 10 años
Fuente: Autor
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 1440 3,0808 7,2724 1,1252 8,1829 52,8878
2 1080 3,7381 6,9847 1,3186 9,2098 48,7863
3 720 4,9293 6,5793 1,5952 10,4952 43,2865
4 480 6,2849 6,1738 1,8381 11,3483 38,1156
5 360 7,5172 5,8861 2,0172 11,8734 34,6462
6 300 8,4291 5,7038 2,1317 12,1587 32,5331
7 240 9,6122 5,4806 2,2630 12,4029 30,0374
8 180 11,3374 5,1930 2,4281 12,6091 26,9668
9 120 14,4183 4,7875 2,6685 12,7754 22,9201
10 60 22,1819 4,0943 3,0993 12,6895 16,7637
10 4980 91,5293 58,1555 20,4849 113,7453 346,9435
Ln (d) = 5,6331 d = 279,5313 n = -0,6164
Periodo de retorno para T = 10 años
y = 279,5313x-0,6164
R² = 0,9994
0
4
8
12
16
20
24
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Inte
ns
idad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Regresión T= 10 años
I vs T Potencial (I vs T)
Periodo de retorno 25 años
Tabla 19. Periodo de retorno 25 años
Fuente: Autor
Grafica 6. Periodo de retorno 25 años
Fuente: Autor
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 1440 4,2300 7,2724 1,4422 10,4883 52,8878
2 1080 4,5120 6,9847 1,5068 10,5242 48,7863
3 720 6,7681 6,5793 1,9122 12,5810 43,2865
4 480 8,6293 6,1738 2,1552 13,3055 38,1156
5 360 10,3213 5,8861 2,3342 13,7394 34,6462
6 300 11,5734 5,7038 2,4487 13,9669 32,5331
7 240 13,1977 5,4806 2,5800 14,1403 30,0374
8 180 15,5666 5,1930 2,7451 14,2553 26,9668
9 120 19,7966 4,7875 2,9855 14,2931 22,9201
10 60 30,4563 4,0943 3,4163 13,9875 16,7637
10 4980 125,0514 58,1555 23,5262 131,2816 346,9435
Ln (d) = 6,0375 d = 418,8445 n = -0,6336
Periodo de retorno para T = 25 años
y = 418,8445x-0,6336
R² = 0,9953
048
12162024283236
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Inte
ns
idad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Regresión T= 25 años
I vs T Potencial (I vs T)
Periodo de retorno 50 años
Tabla 20. Periodo de retorno 50 años
Fuente: Autor
Grafica 7. Periodo de retorno 50 años
Fuente: Autor
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 1440 5,0826 7,2724 1,6258 11,8236 52,8878
2 1080 6,1669 6,9847 1,8192 12,7066 48,7863
3 720 8,1322 6,5793 2,0958 13,7890 43,2865
4 480 10,3685 6,1738 2,3388 14,4391 38,1156
5 360 12,4015 5,8861 2,5178 14,8202 34,6462
6 300 13,9060 5,7038 2,6323 15,0142 32,5331
7 240 15,8577 5,4806 2,7637 15,1466 30,0374
8 180 18,7040 5,1930 2,9287 15,2088 26,9668
9 120 23,7866 4,7875 3,1691 15,1721 22,9201
10 60 36,5947 4,0943 3,5999 14,7392 16,7637
10 4980 151,0007 58,1555 25,4912 142,8594 346,9435
Ln (d) = 6,1337 d = 461,1576 n = -0,6164
Periodo de retorno para T = 50 años
y = 461,1576x-0,6164
R² = 0,9994
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Inte
ns
idad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Regresión T= 50 años
I vs T Potencial (I vs T)
Periodo de retorno 100 años
Tabla 21. Periodo de retorno 100 años
Fuente: Autor
Grafica 8. Periodo de retorno 100 años
Fuente: Autor
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 1440 5,9289 7,2724 1,7798 12,9436 52,8878
2 1080 7,1937 6,9847 1,9732 13,7823 48,7863
3 720 9,4862 6,5793 2,2498 14,8022 43,2865
4 480 12,0949 6,1738 2,4928 15,3899 38,1156
5 360 14,4664 5,8861 2,6718 15,7267 34,6462
6 300 16,2214 5,7038 2,7863 15,8926 32,5331
7 240 18,4981 5,4806 2,9177 15,9907 30,0374
8 180 21,8182 5,1930 3,0827 16,0086 26,9668
9 120 27,7471 4,7875 3,3231 15,9095 22,9201
10 60 42,6878 4,0943 3,7539 15,3698 16,7637
10 4980 176,1425 58,1555 27,0313 151,8159 346,9435
Ln (d) = 6,2877 d = 537,9411 n = -0,6164
Periodo de retorno para T = 100 años
y = 537,9411x-0,6164
R² = 0,9994
05
1015202530354045
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Inte
ns
idad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Regresión T= 100 años
I vs T Potencial (I vs T)
Periodo de retorno 500 años
Tabla 22. Periodo de retorno 500 años
Fuente: Autor
Grafica 9. Periodo de retorno 500 años
Fuente: Autor
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 1440 7,8844 7,2724 2,0649 15,0167 52,8878
2 1080 9,5665 6,9847 2,2583 15,7733 48,7863
3 720 12,6151 6,5793 2,5349 16,6777 43,2865
4 480 16,0843 6,1738 2,7778 17,1498 38,1156
5 360 19,2380 5,8861 2,9569 17,4046 34,6462
6 300 21,5718 5,7038 3,0714 17,5185 32,5331
7 240 24,5995 5,4806 3,2027 17,5530 30,0374
8 180 29,0147 5,1930 3,3678 17,4889 26,9668
9 120 36,8992 4,7875 3,6082 17,2742 22,9201
10 60 56,7680 4,0943 4,0390 16,5369 16,7637
10 4980 234,2415 58,1555 29,8819 168,3936 346,9435
Ln (d) = 6,5728 d = 715,3760 n = -0,6164
Periodo de retorno para T = 500 años
y = 715,3760x-0,6164
R² = 0,9994
05
101520253035404550
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Inte
ns
idad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Regresión T= 500 años
Series1 Potencial (Series1)
Resumen regresión potencial
Tabla 23. Resumen regresiones
Fuente: Autor
En función del cambio de variable realizado, se realiza otra regresión de potencia entre las
columnas del periodo de retorno (T) y el término constante de regresión (d), para obtener
valores de la ecuación:
Tabla 24. Regresión potencial
Fuente: Autor
500 715,37604924859 -0,61638608809
Promedio = 383,17380712514 -0,61884879045
50 461,15764859119 -0,61638608809
100 537,94113462393 -0,61638608809
10 279,53134578749 -0,61638608809
25 418,84453454712 -0,63362500463
2 72,36045067040 -0,61638608809
5 197,00548640726 -0,61638608809
Resumen de aplicación de regresión potencial
Periodo de Término ctte. de Coef. de
Retorno (años) regresión (d) regresión [n]
Nº x y ln x ln y ln x*ln y (lnx)^2
1 2 72,3605 0,6931 4,2817 2,9678 0,4805
2 5 197,0055 1,6094 5,2832 8,5030 2,5903
3 10 279,5313 2,3026 5,6331 12,9707 5,3019
4 25 418,8445 3,2189 6,0375 19,4340 10,3612
5 50 461,1576 3,9120 6,1337 23,9953 15,3039
6 100 537,9411 4,6052 6,2877 28,9562 21,2076
7 500 715,3760 6,2146 6,5728 40,8474 38,6214
7 692 2682,2166 22,5558 40,2298 137,6745 93,8667
Ln (K) = 4,5237 K = 92,1804 m = 0,3797
Regresión potencial
mTKd =
Termino constante de regresión (K) = 92.1804
Coef. de regresión (m) = 0.3797
Grafica 10. Regresión potencial
Fuente: Autor
3.2.6 Curvas IDF
La ecuación de intensidad válida para la cuenca resulta:
Donde:
I = intensidad de precipitación (mm/hr)
T = Periodo de Retorno (años)
t = Tiempo de duración de precipitación (min)
y = 92,1804x0,3797
R² = 0,8522
100200300400500600700800900
10001100
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Co
nsta
nte
de R
eg
resió
n d
Período de Retorno (años)
d Vs. T Potencial (d Vs. T)
92,1804 * T
0,61885
0,379661
I =
t
Tabla 25. Tabla intensidad, tiempo y duración
Fuente: Autor
Grafica 11. Curvas IDF
Fuente: Autor
Frecuencia
años 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2 44,30 28,85 22,44 18,78 16,36 14,62 13,29 12,23 11,37 10,65 10,04 9,52
5 62,73 40,85 31,78 26,60 23,17 20,70 18,81 17,32 16,10 15,09 14,22 13,48
10 81,61 53,14 41,35 34,61 30,14 26,93 24,48 22,54 20,95 19,63 18,50 17,53
25 115,56 75,25 58,55 49,01 42,68 38,13 34,66 31,91 29,67 27,80 26,20 24,83
50 150,35 97,91 76,18 63,76 55,53 49,61 45,09 41,52 38,60 36,16 34,09 32,30
100 195,62 127,38 99,11 82,95 72,25 64,54 58,67 54,02 50,22 47,05 44,35 42,03
500 360,39 234,68 182,60 152,82 133,11 118,91 108,09 99,52 92,52 86,68 81,72 77,43
Tabla de intensidades - Tiempo de duración
Duración en minutos
3.2.7 Caudales método racional
Tabla para el calculo del coeficiente de escorrentía
Tabla 26. Coeficiente de escorrentía
Fuente: Razuri, 1984.
Se toma el caudal de 25 años y con un tiempo de 60 minutos que hace referencias a
0,00125(m^3/s), debido que se espera que nuestro dique tenga una vida útil de 25 años.
Tabla 27. Caudal método racional.
Fuente: Autor
3.3 EXPERIMENTACIÓN
Teniendo el modelo ya finalizado, procedemos a llenar el modelo con agua simulando las
condiciones en el terreno, como se muestra a continuación.
Imagen 28. Modelo en experimentación
Fuente: Auto
Pasado unos minutos se observa en el modelo en la parte inferior del dique hay una
pequeña infiltración.
Imagen 29. Infiltración en la base del dique
Fuente: Auto
Para evitar el problema de infiltración, en este caso se colocó una capa de yeso que hará las
veces de impermeabilizante en el terreno para que así tenga el mejor funcionamiento.
Imagen 30. Dique sin infiltración.
Fuente: Auto
De esta manera damos como terminada la fase de experimentación, ya que el reservorio de
agua está funcionando de forma óptima y cumple con las bases teóricas que se habían
plateado en un inicio y dando respuesta a un nuevo problema que es el de la infiltración que
no estaba contemplado.
3 ANALISIS DE VARIABLES
4.1 FUERZA TOTAL APLIACADA EN EL DIQUE
Para realizar el cálculo de la fuerza total aplicada en el dique, debemos tener en cuenta que
la llanta a utilizar consta de un diámetro de rin de 40,64 cm (16 in), un diámetro externo
aproximado de 50 cm y un ancho de 19,5 cm.
Imagen 31. Diámetro de Rin en cm.
Fuente: Autor
Imagen 32. Diámetro externo y ancho de la llanta, unidades cm.
Fuente: Autor
Se toma como referencia el cálculo de muros de gaviones del libro de Braja Das capítulo de
muros de gaviones.
Imagen 33. Dique fuerza aplicada.
Fuente: Autor
Ecuación 5. Fuerza total sobre el dique.
𝐹 =1
2. 𝜌. 𝑔. 𝐿. 𝐻2
𝜌: Densidad
𝑔: Gravedad
𝐻: Altura
𝐿: Longitud del muro
Fuente: (DAS, 2001)
𝐹 =1000
𝐾𝑔𝑚3 𝑥 9,81
𝑚𝑠2 𝑥 5 𝑚 𝑥 (1,17 𝑚)2
2
𝐹 = 33 572,3 𝐾𝑔. 𝑚
𝑠2
Para realizar el cálculo de momento del volcamiento y momento de estabilizante es
necesario convertir las unidades de Newton a kilogramos fuerza siendo igual al empuje
activo.
Ea = 3 423,42 Kgf
Para calcular la fuerza total del dique también se puede utilizar la educación de fuera
hidrostática que se observa a continuación.
Ecuación 6. Ecuación Presión Hidrostática
𝑃ℎ = 𝜌. 𝑔. 𝐻
𝑃ℎ: Presión Hidrostática
𝜌: Densidad
H: Altura
Fuente: (PRESIÓN HIDROSTÁTICA, 2015)
𝑃ℎ = 1000 𝐾𝑔
𝑚3 𝑥 9,81
𝑚
𝑠2 𝑥 1,17 𝑚
𝑃ℎ = 10 740,6 𝐾𝑔
𝑚. 𝑠2
𝐹 =(10 740,6
𝐾𝑔𝑚. 𝑠2⁄ 𝑥 1,17 𝑚)
2 𝑥 5𝑚
𝐹 = 33 572,3 𝐾𝑔. 𝑚
𝑠2
Ea = 3 423,42 Kgf
Teniendo como resultado una Presión Hidrostática de 3 423,42 Kgf
4.2 ESTABILIDAD DEL DIQUE
4.2.1 Peso total del dique
Para el peso total se debe hallar el volumen que se encuentra en el interior de cada llanta y
saber qué cantidad de llantas son utilizadas para realizar el muro.
Ecuación 7. Volumen de una llanta.
𝑣 = 𝜋. 𝑟2. ℎ
𝑣: Volumen
𝑟: Radio
ℎ: Altura
Fuente: Volumen de un cilindro.
𝑣 = 𝜋 𝑥 (0,25𝑚)2 𝑥 0,195𝑚
𝑣 = 0,04 𝑚3
Teniendo el volumen de una llanta, debemos saber la cantidad de llantas utilizadas que son
246 y saber que el material con el que se rellenara las llantas es arcilla compactada.
Ecuación 8. Peso total del dique.
𝑤𝑡 = 𝑣. 𝜌. 𝑁° 𝑙𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎𝑠
𝑤𝑡: Peso total
𝑣: Volumen
𝜌: Densidad arcilla conpactada
Fuente: (DAS, 2001)
𝑤𝑡 = 0,04 𝑚3 𝑥 1900 𝐾𝑔
𝑚3 𝑥 246
𝑤𝑡 = 18 696 𝐾𝑔
4.2.2 Revisión de la estabilidad
Para determinar la estabilidad del dique se debe calcular los momentos de volcamiento y el
momento de estabilidad.
Imagen 34. Medidas del dique.
Fuente: Autor
Ecuación 9. Momento por volcamiento.
𝑀𝑣𝑎 =𝐸𝑎 𝑥 𝐻
3
𝑀𝑣𝑎: Momento por volcamiento
𝐸𝑎: Empuje activo
𝐻: Altura dique
Fuente: (DAS, 2001)
𝑀𝑣𝑎 = 3 423,42 Kgf 𝑥 1,17 𝑚
3
𝑀𝑣𝑎 = 1 335, 13 𝐾𝑔𝑓. 𝑚
Ecuación 10. Momento estabilizante.
𝑀𝑒𝑎 = 𝐷𝑥 . 𝑤𝑡
𝑀𝑒𝑎: Momento estabilizante
𝐷𝑥: Distancia al centro del dique
𝑤𝑡: Peso total
Fuente: (DAS, 2001)
𝑀𝑒𝑎 = 1𝑚 𝑥 18 696 𝐾𝑔
𝑀𝑒𝑎 = 18 696 𝐾𝑔. 𝑚
Una vez obtenidos los momentos se determinan los factores de seguridad en el caso del
factor de seguridad de volcamiento debe ser mayor a 2.
Ecuación 11. Factor de seguridad al volcamiento.
𝑀𝑒𝑎
𝑀𝑣𝑎 > 2
𝑀𝑒𝑎: Momento estabilizante
𝑀𝑣𝑎: Momento por volcamiento
Fuente: (DAS, 2001)
18 696 𝐾𝑔. 𝑚
1 335, 13 𝐾𝑔𝑓. 𝑚 = 14 > 2
Ecuación 12. Factor de seguridad al desplazamiento
𝐹𝑠𝑑 =𝑁
𝑀𝑣𝑎> 1,5
𝐹𝑠𝑑: Factor de seguridad
𝑀𝑣𝑎: Momento por volcamiento
Fuente: (DAS, 2001)
Se calcula la cuña del suelo para cada grupo de llantas
𝑊𝑆1 = 0,5𝑚 𝑥 1𝑚 𝑥 0,39𝑚 𝑥 1400 𝐾𝑔
𝑚3
𝑊𝑆1 = 273 𝑘𝑔
𝑊𝑆2 = 0,5𝑚 𝑥 1𝑚 𝑥 0,585𝑚 𝑥 1400 𝐾𝑔
𝑚3
𝑊𝑆2 = 409,5 𝑘𝑔
Ecuación 13. Peso total más las cuñas
𝑁 = 𝑊𝑆1 + 𝑊𝑆2 + 𝑤𝑡
𝑁 = 273 𝑘𝑔 + 409,5 𝑘𝑔 + 18 696 𝐾𝑔
𝑁 = 19 378,5 𝑘𝑔
Fuente: (DAS, 2001)
Para el factor de seguridad de volcamiento debe ser mayor a 1,5.
𝐹𝑠𝑑 =19 378,5 𝑘𝑔
1 335, 13 𝐾𝑔𝑓. 𝑚
14,51 > 1,5 ok
Una vez evaluado los factores de seguridad y determinando que el dique posee de una buena
estabilidad procedemos a realizar los planos.
4 CONCLUSIONES
Se da como cumplido el objetivo de nuevas alternativas innovadoras para la construcción de
reservorios de agua como herramienta para mitigar la escasez del recurso agua, ya que se
buscó el diseño más optimo teniendo en cuenta a la comunidad que va ser implementado;
porque su diseño fue pensado de tal forma que al momento de construirlo puedan realizarlo
la misma comunidad de Suesca, manejando así un diseño fácil para su construcción y de tal
forma económico debido que no se tiene que contratar personal especializado para dicho fin.
Por otro lado, la eficiencia del dique con el modelo planteado y los estudios realizados se
demostró que tiene un buen comportamiento y cumpliría como un reservorio de agua con
funciones ganaderas y agropecuarias.
Además, se da un uso final a los neumáticos, que es una de las problemáticas más grandes
que tiene el país, también sabemos que la cantidad de llantas utilizada para realizar este
estudio no es significativa para el total de llantas fuera de uso, pero otra problemática que
existe es la cantidad de erosión como lo demuestra Suesca y su población; que les ayudaría
arreglar este problema. En el caso de este estudio lo más costoso sería el trasporte de las
llantas fuera de uso al lugar donde se realice la cárcava de esta forma resaltamos que hay
corporaciones como la CAR que dan este beneficio como en esta ocasión. Entonces si se
realizan más diques ya sea para ser acuíferos o ayudar con la erosión remontante se
contribuiría en la problemática de las llantas fuera de uso.
En la fase experimental se determinó que hacía falta un geotextil en el muro debido que se
encontraron infiltraciones, como el dique está construido a base de llantas y el material del
terreno que en este caso es arcilla que al cambiar su estado de humedad se expande o se
contra es necesario el geotextil porque en este cambio ya mencionado se generan orificios y
por lo tanto la infiltración. Como este estudio no solo va dirigido a esta cárcava, la idea sería
que se pueda utilizar en muchas más, dependiendo del suelo va ser necesario o no el geotextil.
También resaltar que el dique además de ayudar en la problemática de las llantas fuera de
uso, suplir con la necesidad que tiene en este momento Suesca por que el acueducto solo los
suples de agua potable para consumo humano y no para ganado y siembra, podemos decir
que ayuda con el problema de la erosión remontarte debido que actúa como pantalla evitando
que entren los fuertes vientos, como es un reservorio va a tener agua, que es uno de los
factores más grandes por el cual se produce erosión.
REFERENCIAS
Baroni, M. (2017). Estudo da viabilidade do aproveitamento dos pneus como material de construçao
de contençao. Obtenido de Universidad Regional del Noroeste del Estado de Rio Grande Do
Sul, Rio Grande do Sul.: http://www.projetos.unijui.edu.br/petegc/wp-
content/uploads/tccs/tcc-
titulos/2007/Estudo_da_Viabilidade_do_Aproveitamento_de_Pneus_Inserviveis_como_Ma
terial_de_Construcao_de_Estruturas_de_Contencao_Arrimadas.pdf
Consejo Municipal Suesca - Cundinamarca. (31 de 05 de 2012). Recuperado el 18 de 08 de 2016.
Obtenido de
http://cundinet.cundinamarca.gov.co:8092/entregas/SUESCA_Plan%20Desarrollo_2014_E
nero/Acuerdo%20Municipal.PDF
DAS, B. M. (2001). PRINCIPIOS DE INGENERÍA DE CIMENTACION.
Escuela Colombiana de Ingeniería. (20012). Modelos físicos reducidos. Obtenido de
http://transportesedimentos.tripod.com/esp/1_10_2.htm
Granada, U. d. (2004). MECÁNICA DE SUELO Y ROCAS . Obtenido de Prácticas y Ensayos:
https://www.researchgate.net/profile/Jose_Chacon/publication/258857638_MECANICA_D
E_SUELOS_Y_ROCAS_Practicas_y_Ensayos/links/00b7d529446ba43c16000000/MECA
NICA-DE-SUELOS-Y-ROCAS-Practicas-y-Ensayos.pdf
Gutiérrez Roa, É. (2008). Un relleno de problemas. El Espectador. Obtenido de
http://www.elespectador.com/impreso/articuloimpreso-un-relleno-de-problemas
Inspiraction. (s.f.). Material reciclado. ahorrando costes ambientales. Obtenido de
https://www.inspiraction.org/cambio-climatico/reciclaje/material-reciclado
INVIAS. (2012). NORMAS Y ESPECIFICACIONES. Obtenido de
ftp://ftp.ani.gov.co/Licitaci%C3%B3n%20VJVGCLP%20001-2016-M-
1/Especificaciones%20Generales%20de%20Construccion%20de%20carreteras/CAP%C3%
8DTULO%201_1.pdf
J, B., C, V., & Miranda B. . (2005). Metodologia Para Abordar La restauracion Ecologica, en el
Marco de Sostenibilidad , de la microcuenca Santa Helena, Municipio de Suesca
(Departamento de Cundinamarca - Colombia). .
JICA, E. d. (2010). Guía de la Construcción del muro de contención, con llantas usadas. Obtenido
de Escuela Primaria Emmanuel, Colonia “La Canaán” en Tegucigalpa, Honduras. .
Medellín, A. d. (2012). Estabilización de taludes con Nueumaticos usados, Medellín. . Obtenido de
Secretaría de Desarrollo Social.
Perez, G. (s.f.). Ciclo Hidrológico.com. Obtenido de
http://www.ciclohidrologico.com/reservorios_de_agua_y_tiempos_de_residencia
Pinheiro Barbosa, D. (2012). Construçao de taludes de contençao com pneus: de baixo cuso.
Obtenido de Universidade Federal de Santa Maria, Mina Gerais.
PRESIÓN HIDROSTÁTICA. (2015). Obtenido de
http://ceavirtual.ceauniversidad.com/material/4/fisica2/429.pdf
S., M. A. (1993). Técnicas de modelación en hidráulica. Obtenido de
https://es.slideshare.net/rafaelsotelorivera1/tecnicas-de-modelacin-en-hidrulica
WinKley. (1982). Realización de un modelo. Obtenido de
https://scielo.conicyt.cl/pdf/infotec/v21n5/art07.pdf
Zambrano, J. (2014). Viabilidad de muros de Neumaticos para la estabilización de taludes en el
barrio La Capilla-Soacha Cundinamarca. Obtenido de 16. Zambrano, J. R. (2014).
Viabilidad de muros de1-12, Universidad Católica de Colombia, Soacha.