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1 ENVOLVENTE DINAMICA DE RESISTENCIA SU INFLUENCIA EN LOS ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR METODOS PSEUDOESTATICOS PARA LOS COLUVIONES DEL SUR ORIENTE DE BOGOTA José Manuel Álvarez Lugo. Gerente DISEÑOS GEOTECNICOS, tel: 2853271 email: [email protected] Profesor Investigador Universidad de La Salle y Universidad Piloto de Colombia- Facultad Ingeniería Civil. I.C., Especialista en Fundaciones U.N.- Msc en Geotecnia U.N. RESUMEN: En la presente investigación, se analiza el comportamiento de los depósitos de coluviones emplazados en los cerros sur orientales de Bogotá, ante la aplicación de cargas dinámicas como las ocurridas durante un sismo. La pregunta fundamental de la misma es si los parámetros de resistencia de estos materiales cambian ante dichas cargas en relación con las propiedades de resistencia para cargas estáticas. La Investigación tendrá aplicación en la solución de problemas asociados con el diseño de estructuras de estabilización, análisis de vulnerabilidad ante eventos sísmicos, comportamiento en condiciones dinámicas de cauces de quebradas, análisis de potencial de regresión de inestabilidades, entre otros. Esta investigación fue patrocinada por la Universidad de La Salle. PALABRAS CLAVES: Movimientos sísmicos, Depósitos de Coluviones, Resistencia estática y dinámica de suelos, estabilidad de taludes. 1. INTRODUCCION El objetivo general de esta investigación es determinar la variación de la envolvente estática de resistencia ante cargas monotónicas por efectos de la aplicación de cargas sísmicas y evaluar cualitativa y cuantitativamente su incidencia en los resultados obtenidos en análisis de estabilidad de taludes por métodos pseudoestáticos para los coluviones del Sur Oriente de Santa fe de Bogotá. En algunos de los análisis de estabilidad adelantados sobre el sector sur oriental de Bogotá, en sitios puntuales de esta vulnerable zona, donde se presentan importantes eventos de remoción en masa, los resultados de los análisis, efectuados por métodos tradicionales, han arrojado soluciones que resultan muy onerosas y que muchas veces por esta razón, no puedan ser construidas. Un cambio en las propiedades de resistencia de los materiales puede generar un cambio en la concepción general de los análisis y arrojar resultados diferentes que afectarían los factores económicos de las obras resultantes. Dadas las condiciones inherentes a nuestro país y en especial su topografía, régimen de lluvias, condiciones orográficas y disposición con respecto a las placas tectónicas, además de los aspectos

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ENVOLVENTE DINAMICA DE RESISTENCIA SU INFLUENCIA EN LOS ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR METODOS PSEUDOESTATICOS PARA

LOS COLUVIONES DEL SUR ORIENTE DE BOGOTA José Manuel Álvarez Lugo. Gerente DISEÑOS GEOTECNICOS, tel: 2853271 email: [email protected] Profesor Investigador Universidad de La Salle y Universidad Piloto de Colombia- Facultad Ingeniería Civil. I.C., Especialista en Fundaciones U.N.- Msc en Geotecnia U.N. RESUMEN: En la presente investigación, se analiza el comportamiento de los depósitos de coluviones emplazados en los cerros sur orientales de Bogotá, ante la aplicación de cargas dinámicas como las ocurridas durante un sismo. La pregunta fundamental de la misma es si los parámetros de resistencia de estos materiales cambian ante dichas cargas en relación con las propiedades de resistencia para cargas estáticas. La Investigación tendrá aplicación en la solución de problemas asociados con el diseño de estructuras de estabilización, análisis de vulnerabilidad ante eventos sísmicos, comportamiento en condiciones dinámicas de cauces de quebradas, análisis de potencial de regresión de inestabilidades, entre otros. Esta investigación fue patrocinada por la Universidad de La Salle. PALABRAS CLAVES: Movimientos sísmicos, Depósitos de Coluviones, Resistencia estática y dinámica de suelos, estabilidad de taludes. 1. INTRODUCCION El objetivo general de esta investigación es determinar la variación de la envolvente estática de resistencia ante cargas monotónicas por efectos de la aplicación de cargas sísmicas y evaluar cualitativa y cuantitativamente su incidencia en los resultados obtenidos en análisis de estabilidad de taludes por métodos pseudoestáticos para los coluviones del Sur Oriente de Santa fe de Bogotá. En algunos de los análisis de estabilidad adelantados sobre el sector sur oriental de Bogotá, en sitios puntuales de esta vulnerable zona, donde se presentan importantes eventos de remoción en masa, los resultados de los análisis, efectuados por métodos tradicionales, han arrojado soluciones que resultan muy onerosas y que muchas veces por esta razón, no puedan ser construidas. Un cambio en las propiedades de resistencia de los materiales puede generar un cambio en la concepción general de los análisis y arrojar resultados diferentes que afectarían los factores económicos de las obras resultantes. Dadas las condiciones inherentes a nuestro país y en especial su topografía, régimen de lluvias, condiciones orográficas y disposición con respecto a las placas tectónicas, además de los aspectos

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asociados a la génesis de sus suelos, en el desarrollo de gran parte de los proyectos de Ingeniería, existe una variable de especial interés que es la condición de estabilidad de taludes, más si se consideran los efectos de la amplificación de las ondas sísmicas por efectos topográficos (Alvarez, 2002). Cuando se lleva a cabo un análisis de estabilidad de taludes y principalmente, cuando se diseñan obras de estabilización, es necesario contemplar dos condiciones. La condición estática y la condición dinámica. Esta segunda, pretende mediante la aplicación de fuerzas en dirección horizontal, vertical o una mezcla de ambas, similar la acción de un sismo sobre el suelo que conforma el talud. Esta suele ser la condición más desfavorable, es decir, la que gobierna el dimensionamiento de las obras de estabilización, (García, 1994). Los resultados arrojados en ambas condiciones suelen diferir sustancialmente, lo que se traduce en términos económicos, en que las obras diseñadas en condiciones dinámicas, son sustancialmente más costosas que las diseñadas en condiciones estáticas. Los parámetros geotécnicos utilizados para ambos análisis son los mismos. No obstante surge una pregunta fundamental, eje principal de la presente investigación. ¿Para los materiales presentes en el sur oriente de Bogotá, los que poseen mayor riesgo a presentar deslizamientos, son las propiedades dinámicas y estáticas similares? o puede existir variación entre ambas que permitan al suelo una respuesta diferente y por consiguiente, condiciones diferentes de análisis para las condiciones dinámicas. El área de estudio contemplada en la presente investigación, abarca gran parte de las localidades de Usme, Ciudad Bolívar, y algunos barrios de San Cristóbal y Rafael Uribe Uribe. El área general de búsqueda y exploración detallada, comprende desde la Av. Primero de Mayo hasta la intersección de la Antigua Avenida de Oriente y el inicio de la carretera a Villavicencio, y desde la avenida Séptima hasta inmediaciones de la Avenida de Oriente para el sector de Usme y San Cristóbal, toda el área de Ciudad Bolívar y entre la Avenida Caracas y la Vía a Usme para la localidad de Rafael Uribe Uribe. 2. CARACTERIZACION GEOTECNICA Con el fin de determinar la estratigrafía del subsuelo en el sitio del proyecto se llevó a cabo un programa de investigación de campo que comprendió la ejecución de exploraciones directas asequibles por medio de trincheras y apiques y de ensayos de laboratorio. Se efectuaron un total de diez (10) trincheras y seis (6) apiques, 5 trincheras ejecutadas sobre cortes y taludes de vías pertenecientes a las localidades de Usme y Rafael Uribe Uribe, 5 trincheras y 6 apiques, en el sector correspondiente a los cerros sur orientales y al sector de Ciudad Bolívar. Dada la presencia de cantos y bloques en los depósitos de coluvión, se descarta la posibilidad de recuperare muestras de tipo inalterada, por esta razón, el proceso de muestreo consistió en la recuperación de muestras de bulto y algunos bloques con niveles elevados de alteración. Los materiales fueron sometidos a procesos de compactación en laboratorio, simulando los esfuerzos de confinamiento in situ, para de esta manera ser llevados a las cámaras triaxiales estática y dinámica. La condición de falla analizada fue la consolidada no drenada (CU), debido a que la generación de un sismo es tan rápida que no permite la liberación de los excesos de presión de poros en suelos en los que como en estos, el contenido arcilloso de la matriz es alto. Las pruebas estáticas fueron llevadas a cabo de la siguiente manera: Se reconstituyeron tres muestras con presiones de confinamiento de 1,0, 1,5 y 2,0 Kg/cm2, con aplicación de una contrapresión igual que compensa la liberación de presión por efecto de la

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extracción de la muestra. Una vez saturada la muestra y llevada al proceso de consolidación, fueron aplicados los incrementos de esfuerzos hasta alcanzar la falla del material, los esfuerzos desviadores alcanzaron valores variables entre 350 y 450 Kg/cm2. Esta condición de falla es frecuente realizarla para cualquier análisis de fundaciones y eventualmente de estabilidad de taludes para el modelamiento de fallas súbitas y aceleradas. Por otra parte, el material fallado en condición dinámica fue sometido a la cámara triaxial dinámica sobre los cuales fueron aplicados los esfuerzos de confinamiento de 1,0 y 2,0 Kg/cm2. Seguidamente fue sometido el material a un esfuerzo desviador de 0,50 Kg/cm2 y número de ciclos de N igual 100. Luego del tiempo de la aplicación de la carga el material fue llevado a la cámara estática con el fin de llevar la muestra a la falla. Los esfuerzos desviadores alcanzaron valores variables entre 210 y 450 Kg/cm2. De esta manera y realizando análisis comparativos en las labores de oficina, y basado en estudios investigativos existentes, fueron efectuadas las comparaciones del comportamiento de los materiales en estados normales estáticos y ante cargas dinámicas repetidas y de esta manera encontrar las envolventes de resistencia en estas condiciones. Con el fin de identificar los factores más incidentes en el comportamiento geotécnico general de los depósitos de coluvión del sur oriente de Bogotá, se presenta a continuación un resumen relacionado con el modelo geológico general de este sector de la ciudad, seguido de las características geomorfológicas, estratigrafía típica de los cortes donde se encuentran los coluviones y finalmente un sub-capítulo de condiciones mecánicas de comportamiento de estos materiales. 2.1 Geología del sector Geológicamente la ciudad se localiza sobre un extenso relleno sedimentario que conforma la Sabana y está rodeada por cerros constituidos por rocas antiguas del Terciario principalmente de areniscas, arcillolitas y conglomerados como son los: Coluviones o Derrubios de Pendiente, Suelos Residuales, Formación Chipaque, Formación Guadalupe, Formación Bogotá, Formación La Regadera, Formación Usme y Depósitos aluvial entre otros. Las fallas de cabalgamiento que se presentan hacia el oriente (cerros orientales) son las de Bogotá y el Alto El Cabo, cuyos planos buzan hacia el oriente. 2.2 Resultados de la caracterización de los depósitos de coluvión del Sur Oriente de Bogotá. Con base en los resultados obtenidos en la exploración del subsuelo y de conformidad con lo establecido en la zonificación geotécnica de Bogotá (Ingeominas, 1997), la composición de los depósitos explorados es la siguiente: 2.2.1 Sector Cerros Sur Orientales - El terreno explorado esta constituido por depósitos de coluvión compuestos por gravas, bolos

y cantos de tamaños variables entre 3” y 30” con presencia de un alto contenido de arena, inmersos en una matriz limo arcillosa de baja compresibilidad con intercalaciones de material orgánico en superficie, de color carmelito y amarillo con vetas rojizas, de humedad baja a media, plasticidad baja a alta, consistencia media a firme en el material fino y compacidad media en el material grueso, clasifica en el Sistema Unificado de Suelos como ML-OL, CL y GC-GM. Posee valores de humedad natural entre 5 y 30%, limite liquido entre 25 y 50%,

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índice de plasticidad entre 5 y 25% y un valor de resistencia al ensayo de penetración estándar SPT entre 5 y 20 golpes / pie.

2.2.2 Sector Ciudad Bolívar - El sector estudiado se encuentra compuesto por depósitos de coluvión constituidos por gravas

de tamaños entre 6” y 30” inmersos en una matriz areno arcillosa y arcillosa en otros sitios, de colores amarillo, habano y gris, de humedad media, plasticidad baja a alta y compacidad media en el material grueso, que clasifica en el Sistema Unificado de Suelos USC como SC, SC-SM, GC y CL. Presenta valores típicos de humedad natural promedio de 16%, limite liquido variable entre 22 y 45%, índice de plasticidad desde 5 hasta 20% y porcentaje de arenas entre 20 y 75%. Estos valores correspopnden a los establecidos en estudios previos (D.P.A.E, Salazar 1997)

No fue detectado el nivel freático. Sin embargo no se descarta la presencia de niveles piezométricos en épocas de fuerte precipitación y en terrenos levemente ondulados. 3. CARACERISTICAS MECANICAS ESTATICAS DE LOS COLUVIONES DEL SURORIENTE DE BOGOTA Los valores de c´ varían levemente entre 106 y 185 KN/m2, cifras realmente importantes que dejan de manifiesto la alta consistencia de estos materiales. Es así como se pueden apreciar cortes verticales en condiciones normales hasta de 20m de altura que se mantienen estables sin ningún tipo de contención. Por su parte, la fricción producto del contenido de gravas y demás suelos granulares existentes en la matriz de estos depósitos, presentan valores razonables que varían entre 14,3º y 25º. En la gráfica siguiente se muestran las envolventes de resistencia en términos de esfuerzos efectivos para los cuatro sectores estudiados.

a.) Sector San Joaquin b.) Av. Boyaca (M-1)

C = 118.18 Kpa φ = 21.59º

C = 106.23 Kpa φ = 24.72º

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c.) Av. Boyacá (M-3) d.)Sector San Francisco Figura No. 1.: Envolvente de resistencia en condición estática para los depósitos de coluvión ubicados en a.)San Joaquín, b.) Av. Boyacá (M-1), c.) Av. Boyacá (M-3), d.) San Francisco. Desde el punto de vista de las relaciones Esfuerzo vs Deformación, se puede apreciar que para alcanzar mayores de deformaciones, es necesario someter el material a esfuerzos desviadores altos. Las curvas presentadas a continuación, ostentan una tendencia del material a comportarse dúctilmente en la falla.

a.) San Francisco b.) Av. Boyacá M-1

c.) San Joaquín d.) Av. Boyacá M-3

Figura No. 2: Curvas Esfuerzo-Deformación en condición estática, para los depósitos de coluvion ubicados en a.) San Francisco b.) Av. Boyacá M-1 c.)San Joaquín d.) Av. Boyacá M-3.

C = 144.95 Kpa φ = 16.82º

C = 184.87 Kpa φ = 14.29º

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4. CARACERISTICAS MECANICAS DINAMICAS DE LOS COLUVIONES DEL SURORIENTE DE BOGOTA Una vez realizadas las pruebas estáticas, estos materiales se han fallado nuevamente sometiendo el suelo a un proceso de carga dinámica. Las graficas expuestas, muestran el comportamiento de estos depósitos ante cargas sísmicas, para valores típicos de amplitud, aceleración y frecuencia del sector.

a.)San Francisco b.)San Joaquín

c.)Av. Boyacá (M-1) d.)Av. Boyacá (M-3).

Figura No. 3 .: Envolventes de resistencia en condición Dinámica, para los depósitos de coluvión ubicados en a.)San Francisco, b.)San Joaquín, c.)Av. Boyacá (M-1), d.)Av. Boyacá (M-3). Las figuras presentadas ostentan valores de resistencia similares. Se aprecian claramente ángulos de fricción interna moderados que varían entre 20º y 29º. Por otra parte, la cohesión posee valores relativamente bajos que oscilan entre 31 y 85 KN/m2. Como una primera aproximación en la comparación del resultado de los parámetros, se aprecia claramente un leve incremento en la fricción y una reducción importante en los valores de cohesión, hasta del 30% aproximadamente.

C =48 Kpa φ = 20º

C = 31 Kpa φ = 29º

C = 85 Kpa φ = 28º

C = 44 Kpa φ = 21º

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La mayoría de las muestras falladas ostentan curvas donde se aprecia, que para grandes esfuerzos, las deformaciones son mínimas en el rango elástico del material. Sin embargo, el material fallaría frágilmente, antes de que sean permitidas deformaciones importantes.

a.)San Francisco b.)San Joaquín

c.)Av. Boyacá (M-1) d.)Av. Boyacá (M-3).

Figura No. 4 .: Curvas Esfuerzo-Deformación en condición Dinámica, depósitos de coluvión ubicados en a.)San Francisco, b.)San Joaquín, c.)Av. Boyacá (M-1), d.)Av. Boyacá (M-3). 5. CONCLUSIONES Sobre las zonas exploradas, los depósitos de coluvión ostentan un comportamiento de origen fluvio-glacial con edades de depositación muy altas y resistencias sustanciales en condiciones estáticas normales. 5.1 Comparación entre resistencias estática y dinámica Dado que se presentan bajos niveles de permeabilidad en coluviones de matriz cohesiva como los encontrados, las condiciones no drenadas o parcialmente drenadas y especialmente ante la

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aplicación rápida de cargas cíclicas son comunes. Si en el momento de la aplicación de las cargas, la presión de consolidación en la falla es igual o mayor a la presión de preconsolidación, el suelo se considera normalmente consolidado. Es decir, exhibirá presiones de poros positivas y por consiguiente una componente cohesiva nula o casi nula en las envolventes de resistencia (Martin, 1992) y (Vuceti and Dobra, 1991). Como caso contrario, si la presión en la falla es menor que la presión equivalente de preconsolidación, el suelo ostenta un comportamiento sobreconsolidado en la etapa de falla y las envolventes de resistencia, mostrarán una componente cohesiva importante. La resistencia pico para ensayos sobre arcillas sobreconsolidadas da como resultado una envolvente de falla con cohesión relativamente alta. En las figuras, que se relacionan a continuación, se puede apreciar la comparación de las trayectorias de los esfuerzos para dos de las muestras falladas en condiciones estáticas normales (izquierda) y ante cargas cíclicas (derecha). Pese a que las condiciones iniciales de los ensayos se tomaron similares; es decir, con presiones de cámara, densidades y modo de reconstitución de las muestras similares, las trayectorias presentan un comportamiento estático sustancialmente diferente al mostrado en condiciones dinámicas.

a.) San Joaquín,

b.) San Francisco Figura No. 5.: Trayectorias de esfuerzos en condición estática (izquierda) y dinámica (derecha), para los sectores a.) San Joaquín y b.)San Francisco

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Aparentemente, el material sometido a la carga estática y llevado a la falla en el banco triaxial, presenta un comportamiento altamente resistente, especialmente en su componente cohesional, que comparado con las afirmaciones realizadas anteriormente ya comprobadas en investigaciones y estudios previos (Ishijara 1982), exhibe una coherencia permitiéndose aproximar a la conclusión de un comportamiento de arcillas sobreconsolidadas. La tendencia de la trayectoria de esfuerzo efectivos ostenta un comportamiento aparente de un suelo normalmente consolidado. Al parecer, el suelo se ha sometido a un esfuerzo tal, que en el momento en que se fallaría el material en el banco triaxial estático y luego de la realización de la manipulación dinámica, las presiones de consolidación en el instante de la aplicación del incremento del esfuerzo desviador, podría haber aumentado en tal orden que se acercara dramáticamente al esfuerzo de preconsolidación del material. Sin embargo, es muy importante tener en cuenta que debido a la conformación física y geomecánica del material, el cual fue descrito anteriormente, así como la incidencia de las labores de exploración, que ostentan en las etapas de muestreo materiales alterados y reconstituidos en el laboratorio, los procesos de alternación y deterioro de la estructura interna de la matriz se ven perturbados de gran manera generando un posible comportamiento que difiere con las hipótesis planteadas inicialmente. No obstante hay que recordar que la conformación de muestras para los ensayos estáticos y dinámicos fueron similares, luego el punto de comparación es válido. 5.2 Comportamiento de las envolventes El análisis comparativo de resultados, deja de manifiesto un claro incremento en el ángulo de fricción interna del material para condición dinámica. Este incremento para todos los sectores explorados puede ser del orden de 13%, para el sector de Ciudad Bolívar a la altura de la Avenida Boyacá, en cercanías al acceso al Relleno Sanitario “Doña Juana” siendo el valor más bajo, y hasta del 40%, para el sector del barrio San Francisco. De manera contraria, la cohesión de estos materiales se reduce sustancialmente. A excepción del sector superior de los cortes de los accesos al relleno “Doña Juana” cuya disminución es cercana al 20%, se pueden alcanzar relaciones entre la cohesión estática y la dinámica cd/c promedio de 0,28. A la luz de los resultados obtenidos en la presente investigación, el comportamiento de materiales cohesivos cuya estructura se ha visto afectada por diversos procesos naturales o antrópicos, dentro de los cuales podrían catalogarse el vencimiento de la resistencia al corte inducido por deslizamientos, varía en forma inversa a la planteada en las hipótesis iniciales de Ishijara (Ishihara, Koyamachi y Kasuda, 1984). No obstante, el sin número de variables involucradas en el problema restringen la extrapolación de resultados. A continuación, se presenta una tabla resumen comparativa de valores de resistencia al corte para los depósitos de coluvión analizados, junto con cada una de las relaciones directas entre los valores estáticos y dinámicos de estos suelos:

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Ciudad

Bolívar Av. Boyacá

Ciudad Bolívar

Av. Boyacá

Ciudad Bolívar San

Francisco

Ciudad Bolívar San

Joaquín γ? (KN/m3) Peso

Unitario 18.59 20.09 19.94 18.74

Wn (%) 7.38 9.24 8.60 8.108 Ip (%) 25.80 23.40 20.30 20.30

Cohesion estática C (KN/m2) 106.23 144.95 184.87 118.18

Cohesión dinámica CD (KN/m2)

85.00 44.00 48.00 31.00

Relación CD / C 0.80 0.30 0.26 0.26 Angulo de Fricción

Interno Estático (F º)

24.72 16.82 14.29 21.59

Angulo de Fricción Interno Dinámico

(F Dº) 28.00 21.00 20.00 29.00

Relación F D / F 1.13 1.25 1.40 1.34

Tabla No. 1 .: Tabla resumen valores de resistencia y propiedades de los materiales para los sectores explorados

Finalmente, se muestra la variación gráfica de las envolventes en condición estática y dinámica representativas del trabajo realizado. La envolvente de resistencia dinámica estará dada por la relación:

τD = 0.28 (CE PROM) + σn * Tan (1.33 φE PROM) (1) Donde: τD = Esfuerzo Cortante (KN/m2). CE PROM = Cohesión estática promedio (KN/m2). φE PROM = Angulo de fricción interna estático ( º ). σn = Esfuerzo normal (KN/m2). γ = Peso Unitario Sumergido (KN/m3) en función de los parámetros estáticos.

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Figura No. 6.: Grafica comparativa envolventes de resistencia promedio en condiciones estáticas y dinámicas. 5.3 Incidencia en la variación de resistencia en los análisis de estabilidad Una vez hechas las comparaciones en las envolventes de resistencia y con el objetivo de cuantificar en forma preliminar la incidencia de la variación de la resistencia en los análisis de estabilidad, fueron llevados a cabo algunos análisis aproximados de estabilidad de taludes, tomando como referencia los valores de c´y φ´ para condiciones estática y dinámica, y geometrías típicas donde las alturas de los taludes varían entre 5 y 10m y ángulos de ladera variables entre 30º y 60º y adicionalmente fue evaluado un talud crítico representativo de algunos sectores del proyecto, que representa algunos cortes hechos para la conformación de vías , los cuales alcanzan alturas de 20m y talud prácticamente vertical. Las tablas que se presentan a continuación, relacionan los factores de seguridad para taludes con las geometrías citadas y contemplando fallas circulares y planares:

FACTOR DE SEGURIDAD ALTURA (m) ANGULO ( º ) ANALISIS

PSEUDOESTÁTICO ANALISIS

DINÁMICOS 30 > 5 4.69 45 > 5 > 5 5

60 > 5 4.63 30 4.21 3.32 45 3.94 3.10 10 60 3.92 3.15

Tabla No.2 .: Variación del factor de seguridad para taludes h=10m verticales.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120

Esfuerzo Normal KN/m2

Esf

uer

zo C

ort

ante

KN

/m2

E. Dinamica

E. Estatica

y = 0.28 (CE PROM) + σn * Tan (1.33 φE PROM)

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ALTURA (m) INCLINACIÓN CONDICION DE ANALISIS F.S.

ESTATICA 1,40

PSEUDO-ESTATICA 1,00 20 VERTICAL

DINAMICA 0,83

Tabla No.3 .: Variación del factor de seguridad para taludes h=20m verticales. La variación de los factores de seguridad para estas condiciones en particular ostenta un decremento en sus valores del orden del 17% entre los análisis pseudo-estáticos y dinámicos. Con base en estos resultados y teniendo en cuenta que la mayoría de análisis de estabilidad en nuestro medio se realizan con parámetros estáticos en condiciones estáticas y dinámicas, la incidencia de la utilización de parámetros dinámicos para condiciones dinámicas es relevante independiente del comportamiento dinámico de los materiales en la falla. La variación de los factores de seguridad se presenta de manera gráfica en los esquemas siguientes tendiendo como referencia las condiciones de análisis; es decir las condiciones estáticas, pseudo-estáticas y dinámicas. Las superficies de falla muestran diversos números que manifiestan el grado de inestabilidad siendo el uno (1) el factor de seguridad inferior a la unidad.

Figura No. 7.: Superficies de falla provenientes del Análisis de estabilidad para H=20m y taludes verticales, en condición a) Estática, b) Pseudo-Estática y c) dinámica.

h = 20m Estático γ = 18.59 Kn/m3

C’ = 106.23 Kn/m2 φ = 24.72º

h = 20m pseudoestatico γ = 18.59 Kn/m3

C’ = 106.23 Kn/m2 φ = 24.72º

h = 20m Dinámico γ = 18.59 Kn/m3

C’ = 85.0 Kn/m2 φ = 28º

CONVENCIONES

1. Superficies con F.S < 1.0

2. Superficies con F.S < 1.3

3. Superficies con F.S > 1.3

23 2

1 2 3 1. 2. 3.

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5.4 Conclusiones de mayor relevancia Luego del análisis comparativo del comportamiento estático y dinámico de los depósitos de coluvión y su incidencia en los deslizamientos manifiestos en esta zona de la ciudad, que conllevan grandes problemas sociales y de infraestructura, se presentan a continuación algunas conclusiones que se han catalogado como relevantes en el marco conceptual de la problemática social que afrontan directamente las localidades localizadas en los cerros sur orientales de Bogotá: - Pese a que en la actualidad y en condiciones estáticas normales, los taludes casi verticales

expuestos en estas zonas se presentan estables, los valores del factor de seguridad en análisis pseudo-estáticos arrojan valores marginales cercanos a uno (1,0). Debido a que en el momento del sismo, las propiedades del suelo cambian, bien sea en incremento o decremento, las variaciones son importantes. Si la resistencia disminuye como se aprecia en las envolvente de resistencia y en los análisis de estabilidad, el talud fallaría razón por la cual ante estos fenómenos sísmicos cercanos, de magnitudes considerables podrían generarse grandes daños que afectarían directamente a la población.

- La variación de la resistencia para estas condiciones y para el material de depósito del sector ante la aplicación de cargas dinámicas presenta un decremento en la componente cohesional y un incremento leve del ángulo de fricción interna. La tendencia para las cuatro muestras analizadas es similar: valores bajos de cohesión en un 60-70% de reducción y aproximadamente un 20% de ganancia en el ángulo de fricción. Estas conclusiones difieren radicalmente con las conclusiones arrojadas en investigaciones previas, principalmente la de Kenji Ishijara (Ishihara, Koyamachi y K. Kasuda. (1984).

6. LIMITACIONES A lo largo del proceso de investigación y durante el desarrollo de la misma, fueron encontrados desde la etapa de exploración del subsuelo y hasta los métodos analíticos del comportamiento de los materiales, algunas limitantes que deben ser abordadas a la luz de nuevas investigaciones. - Las labores de exploración en campo fueron realizadas extrayendo muestras de bulto y

reconstituyendolas en el laboratorio, dada la imposibilidad de adquisición de muestras inalteradas. Teniendo esto como referencia, el daño en la estructura del material es incidente en la respuesta dinámica del material. Es de anotar que esta es una limitación inherente a las características del material.

- Las labores analíticas se han basado en la ejecución de ensayos dinámicos y estáticos sobre ocho (8) muestras y en la recuperación de información de estudios existentes dentro de toda la región explorada y de interés. Por tal razón no debe catalogarse las conclusiones de este estudio como definitivo, sino como una primera aproximación al comportamiento de los depósitos fluvioglaciales y de coluvión del sur de la ciudad ante cargas sísmicas.

- Las condiciones de falla y la manipulación de las muestras en la etapa estática y dinámica simulando una condición real se considera como una aproximación a la situación en campo. La aplicación de cargas repetidas seguidas de la falla en condición estática, simularía una condición en donde no es el sismo el agente detonante aislado, sino que se sobrepone a otros factores de inestabilidad.

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AGRADECIMIENTOS El investigador del presente proyecto, brinda un agradecimiento especial a la Universidad de la Salle y principalmente al Departamento de Investigaciones por la confianza depositada para llevar a cabo este proyecto de investigación, con miras a cultivar un desarrollo técnico-científico y social en servicio de la comunidad. También presenta un sincero agradecimiento a las compañías consultoras y entidades como INGEOMINAS y el DPAE, las cuales permitieron la accesibilidad a la información existente muy valiosa para el desarrollo del trabajo. Así mismo a Diana Milena Suárez Barahona y Adriana Sofía García, asistentes del proyecto, de la facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de La Salle, por su entusiasta desempeño y responsabilidad en las labores asignadas; al personal técnico y administrativo de la firma Diseños Geotécnicos por el aporte técnico e investigativo brindado en el proyecto. BIBLIOGRAFÍA 1. Álvarez José Manuel. (2002). “ Efectos de cañadas en la amplificación de ondas sísmicas en

el sismo del eje cafetero”, Trabajo de grado para el tìtulo de Magíster en Geotecnia, Universidad Nacional de Colombia.

2. D.P.A.E. – Ingeciencias S.A., (1997). “estudios Geológicos y Geotécnicos, Urbanización

Cerros del Sur”. Estudio adelantado por el Departamento de atención y prevención de emergencias.

3. D.P.A.E. - Ingeniería e Hidrosistemas Ltda., (1988). “Estudios Geológicos y Geotécnicos,

barrios Granada Sur y Montebello”. Estudio adelantado por el Departamento de atención y prevención de emergencias.

4. D.P.A.E. – Richard Harold Salazar, (1997). “Zonificación Técnica de Áreas de Riesgo en

sector NW de Ciudad Bolívar”. Estudio adelantado por el Departamento de atención y prevención de emergencias.

5. García L. Manuel, (1994). “ Deslizamientos inducidos por sismos “. Sexto Seminario

Nacional de Geotecnia. San José, Costa Rica. 6. INGEOMINAS.(1997) “Microzonificación Sísmica de Santa Fe de Bogotá”. Convenio

interadministrativo Ingeominas, Upes, Dirección nacional para la prevención y atención de desastres

7. Kenji Ishihara. (1982) “ Stability of Natural Deposits during Earthquakes “, Japanese Society

of Soil Machanics and Foundation Engineering, Vol 23 No. 1. 8. Kenji Ishihara y Akira Nagao. (1982) “ Análisis of Landslides during the 1978 Izu-Ohshima-

Kinkai Earthquake ““, Japanese Society of Soil Machanics and Foundation Engineering, Vol 23.

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9. Kenji Ishihara y Akira Nagao y Ryoji Mano. (1983) “ residual Strain and Strength of Clay

under Seismic Loading “. 4th Cadian conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada.

10. Kenji Ishihara y K. Kasuda. (1984) “Dynamic Strength of a Cohesive Soil “. 6th conference

on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Budapest. 11. Kenji Ishihara, N. Koyamachi y K. Kasuda. (1984) “Strength of a Cohesive Soil in Irregular

Loading “. 8th World conference on earthquake Engineering, Vol III. San Francisco 12. Martin Geoffrey (1992). “ Evaluation of soil properties for seismic stability Analyses of

slopes“. Geotechnical Engineering Division of the ASCG. 13. Pitialakis K.D, Anastasiadis A.J. “ Soil and site characterization for seismic response

analysis”. ITSAK, Greece. 14. Vucetic M, Dobra Ricardo. (1991) “ Effect of soil plasticity on Cyclic Response”, JGE, Vol

117(1). 15. Yasuara, Kasuya, Kazutoshi, Hirao and Hyde Adrian (1992). “ Effects of cyclic loading on

undrained strength and compressibility of clay”. SOILS AND FOUNDATION, Vol 32, 100-116, Japanese Society Mechanics and Foundation Engineering.