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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y
AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA
ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DEL TERRENO DE LA COMUNIDAD
LA VAINILLA, CANTÓN SANTA ANA – PROVINCIA DE MANABÍ
Trabajo de Titulación, Modalidad Proyecto de Investigación previo a la
obtención del título de Ingeniera en Geología
AUTOR: Orellana Campoverde Katherine Anabel
TUTOR: Ing. Marlon René Ponce Zambrano, M.Sc.
Quito, Abril del 2017
ii
DEDICATORIA
A Dios, por darme la voluntad para cumplir esta gran meta sin
declinar.
A mis dos madres, que con su amor, apoyo y confianza han forjado en
mí un espíritu emprendedor.
A mi familia, que ha sido fuente de valores y enseñanzas.
iii
AGRADECIMIENTOS
Al ingeniero Richard Vera y Francisco Viteri, quienes me han guiado
durante toda la etapa como estudiante.
Al ingeniero Danny Burbano y Marlon Ponce, que han colaborado en
gran parte para la realización de este trabajo.
A las entidades y personas que fueron parte de cada fase para la
ejecución del estudio.
iv
©AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, Katherine Anabel Orellana Campoverde, en calidad de autor del Trabajo de
Investigación: “Análisis de la estabilidad del terreno de la comunidad La Vainilla, cantón
Santa Ana – Provincia de Manabí”, autorizo a la Universidad Central del Ecuador, hacer
uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene esta obra,
con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los
artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización
y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de conformidad a
lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
Quito, a los doce días del mes de abril del 2017
Katherine Anabel Orellana Campoverde
CI: 1725192882
Telf: 0986804121
E-mail: kate93_orellana@hotmail.com
v
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y
AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA
APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN POR PARTE DEL TUTOR
Yo, Marlon René Ponce Zambrano, en calidad de tutor del trabajo de titulación:
“ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DEL TERRENO DE LA COMUNIDAD LA
VAINILLA, CANTÓN SANTA ANA – PROVINCIA DE MANABÍ”, elaborado por la
señorita KATHERINE ANABEL ORELLANA CAMPOVERDE, estudiante de la
carrera de Ingeniería en Geología, de la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas,
Petróleos y Ambiental de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo
reúne los requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo
epistemológico, para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se
designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo del proyecto Investigativo sea
habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la Universidad
Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los tres días del mes de abril del 2017.
___________________________
Marlon René Ponce Zambrano
Ingeniero de minas magister en geotecnia
CI: 1305104455
vi
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y
AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA
APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN POR PARTE DEL
TRIBUNAL
El tribunal constituido por: Ing. Francisco Viteri, presidente del tribunal de grado oral;
Ing. Danny Burbano, e Ing. Nelson Arias como miembros, DECLARAN: Que el presente
proyecto de investigación denominado “ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DEL
TERRENO DE LA COMUNIDAD LA VAINILLA, CANTÓN SANTA ANA –
PROVINCIA DE MANABÍ”, preparado por la señorita ORELLANA CAMPOVERDE
KATHERINE ANABEL, egresada de la Carrera de Ingeniería en Geología, ha sido
revisado, verificado y evaluado detenida y legalmente, dando fe de la originalidad del
presente trabajo.
En la ciudad de Quito, a los doce días del mes de abril del 2017.
_______________________
Ing. Francisco Viteri
DELEGADO DEL SUBDECANO
_______________________ _______________________
Ing. Danny Burbano Ing. Nelson Arias
MIEMBRO MIEMBRO
vii
CONTENIDO
…………pág.
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................. X
ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................... XII
GLOSARIO .................................................................................................................. XIV
RESUMEN .................................................................................................................... XV
ABSTRACT ................................................................................................................. XVI
CAPÍTULO I .................................................................................................................. 1
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1 1.1. Localización del área de estudio .............................................................................................. 1 1.2. Estudios previos ........................................................................................................................ 2 1.3. Justificación ............................................................................................................................... 3 1.4. Objetivos .................................................................................................................................... 4
1.4.1. Objetivo general ............................................................................................................... 4 1.4.2. Objetivos específicos ........................................................................................................ 4
1.5. Alcance ....................................................................................................................................... 5
CAPÍTULO II ................................................................................................................. 6
2. FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA .............................................................................. 6 2.1. Introducción .............................................................................................................................. 6
2.1.1. Factores condicionantes ................................................................................................... 8 2.1.2. Procesos geodinámicos detonantes .................................................................................. 8
2.2. Estabilidad de taludes ............................................................................................................. 12 2.2.1. Deslizamientos ................................................................................................................ 14 2.2.2. Sifonamiento ................................................................................................................... 14 2.2.3. Licuefacción .................................................................................................................... 14
2.3. Método de Equilibrio Límite (MEL) ..................................................................................... 15 2.4. Metodología ............................................................................................................................. 17
viii
CAPÍTULO III ............................................................................................................. 21
3. CONTEXTO GEOLÓGICO ..................................................................................................... 21 3.1. Geología regional .................................................................................................................... 21 3.2. Contexto geodinámico ............................................................................................................ 24 3.3. Geología estructural ................................................................................................................ 26
CAPÍTULO IV .............................................................................................................. 29
4. CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA – GEOTÉCNICA ....................................................... 29 4.1. Relieve ...................................................................................................................................... 29 4.2. Geomorfología ......................................................................................................................... 31 4.3. Hidrografía .............................................................................................................................. 31 4.4. Geología local .......................................................................................................................... 34 4.5. Caracterización geomecánica in situ ..................................................................................... 39 4.6. Determinación de parámetros geomecánicos en laboratorio .............................................. 40
4.6.1. Contenido de humedad (W%)....................................................................................... 41 4.6.2. Granulometría por lavado ............................................................................................. 42 4.6.3. Límites de Atterberg (LL, LP e IP) .............................................................................. 43 4.6.4. Peso específico (δ) ........................................................................................................... 46 4.6.5. Ángulo de rozamiento interno y cohesión (ϕ y ϲ) ........................................................ 47 4.6.6. Coeficientes de carga sísmica (Kh y Kv) ........................................................................ 49 4.6.7. Parámetros geomecánicos .............................................................................................. 49
CAPÍTULO V ............................................................................................................... 53
5. CÁLCULO DE LOS FACTORES DE SEGURIDAD ............................................................... 53 5.1. Cálculo de factores de seguridad para los Escenarios ......................................................... 53
5.1.1. Escenario con nivel freático bajo .................................................................................. 53 5.1.2. Escenario con nivel freático alto ................................................................................... 56 5.1.3. Escenario con nivel freático bajo y carga sísmica ....................................................... 59 5.1.4. Escenario con nivel freático alto y carga sísmica ......................................................... 62
CAPÍTULO VI .............................................................................................................. 66
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................. 66
CAPÍTULO VII ............................................................................................................ 71
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................................... 71 7.1. Conclusiones ............................................................................................................................ 71 7.2. Recomendaciones .................................................................................................................... 72
CITAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 73
ix
ANEXOS ....................................................................................................................... 76
ANEXO A: Mapas .............................................................................................................................. 77
ANEXO B: Perfiles ............................................................................................................................. 81
ANEXO C: Parámetros geotécnicos y factores de seguridad ............................................................ 86
x
ÍNDICE DE FIGURAS
…………pág.
Figura 1. Ubicación geográfica de la zona de estudio. .................................................................. 1
Figura 2. Clasificación general de los movimientos de ladera ...................................................... 7
Figura 3. Zonas sísmicas en Ecuador. ......................................................................................... 10
Figura 4. Fuerzas estabilizadoras y desestabilizadoras en un talud con rotura circular .............. 13
Figura 5. Principios básicos del método equilibrio límite. .......................................................... 16
Figura 6. Metodología empleada. ................................................................................................ 19
Figura 7. Ubicación de la cuenca de Manabí .............................................................................. 21
Figura 8. Ciclos sedimentarios en la Cuenca de Manabí. ........................................................... 22
Figura 9. Secuencia litoestratigráfica de la cuenca de Manabí. .................................................. 23
Figura 10. Marco geodinámico ecuatoriano. ............................................................................... 24
Figura 11. Ubicación de los terremotos de mayor magnitud en la costa ecuatoriana ................. 25
Figura 12. Mapa de fallas y pliegues cuaternarios ...................................................................... 27
Figura 13. Interpretación geológica mediante métodos geofísicos ............................................. 28
Figura 14. Mapa de pendientes de la zona de estudio. ................................................................ 29
Figura 15. Distribución de elevaciones en el sector La Vainilla.. ............................................... 30
Figura 16. Hidrografía del sector de estudio, cuenca hidrográfica del Río Portoviejo.. ............. 32
Figura 17. Mapa de puntos de emersión de agua y grietas de tracción. ...................................... 33
Figura 18. Pozo de agua estancada a nivel superficial. ............................................................... 33
Figura 19. Grietas de tracción afectando el terreno y viviendas en la comunidad La Vainilla. .. 34
Figura 20. Levantamiento geológico del sector La Vainilla. ...................................................... 35
Figura 21. Areniscas de grano medio, pseudoestratificadas y diaclasadas, pertenecientes a la Fm.
Onzole. ........................................................................................................................................ 36
Figura 22. Lutitas físiles con intercalaciones de areniscas de grano fino correspondientes a la
Fm. Onzole. ................................................................................................................................. 36
Figura 23. Conglomerados de la Fm. Borbón. ............................................................................ 37
Figura 24. Suelos de composición areno-limoso en el sector La Vainilla. ................................. 38
Figura 25. Deslizamiento traslacional en el sector La Vainilla, depósitos coluviales................ 38
Figura 26. Perfiles geológicos realizados en el sector La Vainilla. ............................................. 50
Figura 27. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático bajo, sin carga
sísmica en los perfiles A, B, C. ................................................................................................... 54
Figura 28. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático bajo, sin
carga sísmica en los perfiles A, B, C. .......................................................................................... 55
Figura 29. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático alto, sin carga
sísmica en los perfiles A, B, C. ................................................................................................... 57
xi
Figura 30. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático alto, sin
carga sísmica en los perfiles A, B, C. .......................................................................................... 58
Figura 31. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático bajo y carga
sísmica en los perfiles A, B, C. ................................................................................................... 60
Figura 32. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático bajo y carga
sísmica en los perfiles A, B, C. ................................................................................................... 61
Figura 33. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático alto y carga
sísmica en los perfiles A, B, C. ................................................................................................... 63
Figura 34. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático alto y carga
sísmica en los perfiles A, B, C. ................................................................................................... 64
xii
ÍNDICE DE TABLAS
…………pág.
Tabla 1. Factores que condicionan la estabilidad de un talud. ......................................... 8
Tabla 2. Factores que desencadenan fenómenos de remoción en masa. .......................... 9
Tabla 3. Tipo de suelo y factores de sitio Fa .................................................................. 11
Tabla 4. Métodos de equilibrio límite más utilizados. ................................................... 16
Tabla 5. Factores de seguridad por corte mínimos ......................................................... 17
Tabla 6. Caracterización para la clasificación geomecánica de la familia de diaclasas A.
........................................................................................................................................ 39
Tabla 7. Caracterización para la clasificación geomecánica de la familia de diaclasas B.
........................................................................................................................................ 39
Tabla 8. Clasificación geomecánica del macizo rocoso según RMR. ............................ 40
Tabla 9. Resultados del ensayo de contenido de humedad............................................. 41
Tabla 10. Resultados del análisis granulométrico por lavado. ....................................... 42
Tabla 11. Resultados del ensayo de límites de Atterberg. .............................................. 44
Tabla 12. Clasificación de los suelos según SUCS. ....................................................... 45
Tabla 13. Clasificación de los suelos según AASHTO. ................................................. 46
Tabla 14. Resultados del ensayo de peso específico. ..................................................... 47
Tabla 15. Resultados obtenidos para la cohesión y ángulo de fricción interna. ............. 48
Tabla 16. Resumen de los parámetros para la caracterización de los suelos.................. 51
Tabla 17. Valores de los parámetros geotécnicos recopilados para la Fm. Onzole (Modificado
de: Pachacama, 2016) .................................................................................................................. 52
Tabla 18. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático bajo, mediante los
distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes. .............................................................. 56
Tabla 19. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático alto, mediante los
distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes. .............................................................. 59
Tabla 20. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático bajo + carga
sísmica, mediante los distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes. ........................... 62
Tabla 21. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático alto + carga
sísmica, mediante los distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes. ........................... 65
Tabla 22. Resultados del FS calculado en el perfil A, mediante los distintos métodos de análisis
de estabilidad de taludes. ............................................................................................................. 67
Tabla 23. Resultados del FS calculado en el perfil B, mediante los distintos métodos de análisis
de estabilidad de taludes. ............................................................................................................. 68
xiii
Tabla 24. Resultados del FS calculado en el perfil C, mediante los distintos métodos de análisis
de estabilidad de taludes. ............................................................................................................. 69
Tabla 25. Resultados del FS calculado en el perfil D, mediante los distintos métodos de análisis
de estabilidad de taludes. ............................................................................................................. 70
xiv
GLOSARIO
AASHTO: american association of state highway and transportation officials
ASTM: american society for testing and materials
CL: arcilla de baja plasticidad
FRM: fenómeno de remoción en masa
FS: factor de seguridad
IG: índice de grupo – clasificación AASHTO
IP: índice de plasticidad
Kh: coeficiente de carga sísmica horizontal
Kv: coeficiente de carga sísmica vertical
LL: límite líquido
LP: límite plástico
MEF: método de elementos finitos
MEL: método de equilibrio límite
NEC: norma ecuatoriana de la construcción
RMR: rock mass rating
RQD: rock quality design
SC: arena arcillosa
SUCS: sistema unificado de clasificación de suelos
W%: contenido de humedad natural
Φ: ángulo de fricción interna
ϲ: cohesión
δ: peso específico
xv
TEMA: “Análisis de la estabilidad del terreno de la comunidad La Vainilla, cantón Santa
Ana – provincia de Manabí”
Autor: Katherine Anabel Orellana Campoverde
Tutor: Ing. Marlon René Ponce, MSc.
RESUMEN
La zona del presente estudio se encuentra localizado en la comunidad la Vainilla, cantón
Santa Ana - provincia de Manabí; el sector ha sido escenario de múltiples eventos de
movimientos en masa, que han causado pérdidas económicas y humanas, por lo que es
necesario el análisis de la estabilidad de los taludes para tomar medidas preventivas y de
mitigación. Geológicamente se ubica en la cuenca Manabí, identificando tres unidades
litológicas: Formación Onzole, Formación Borbón y Depósitos Cuaternarios; las mismas
que evidencian ambientes marinos someros a transicionales.
En esta investigación se ha tomado como caso de estudio, la comunidad La Vainilla, la
cual se encuentra dentro de la zona sísmica VI, que posee un valor de 0,5 gales del factor
de aceleración sísmica máxima. Se ha realizado la caracterización geomecánica y
determinación de los parámetros geotécnicos para la modelación del terreno, el tipo de
suelos es CL dentro de la clasificación SUCS, caracterizado por arcillas inorgánicas de
baja plasticidad.
Posteriormente, se realizó el análisis de estabilidad de taludes mediante métodos de
equilibrio límite (MEL), calculando los factores de seguridad para cuatro escenarios que
varían en nivel freático y la acción sísmica en cuatro perfiles del terreno. Como
resultados, se determina que el factor detonante que más afecta es la carga sísmica, en
estos escenarios se denota valores FS menores a 1, lo que expresa la inestabilidad del
terreno y en menor grado la acción del agua. El mecanismo de rotura circular muestra FS
menores en comparación a la rotura plana, sin embargo, esta última posee una longitud
de falla mayor. El método de análisis Janbu Simplificado ha sido el más sensible de los
métodos utilizados. Se recomienda realizar un monitoreo continuo al movimiento de
masa.
Palabras clave: MOVIMIENTOS EN MASA, ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE
TALUDES, CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA, MÉTODO DE EQUILIBRIO
LÍMITE, FACTOR DE SEGURIDAD.
xvi
TITLE: “Stability analysis of La Vainilla Community terrain, Santa Ana canton –
Manabí province”
Author: Katherine Anabel Orellana Campoverde
Tutor: Ing. Marlon René Ponce, MSc.
ABSTRACT
The zone of the present investigation is located in the community of La Vainilla, canton
of Santa Ana – Manabí province. The place has been scenario of multiple mass movement
events who have caused lots of money and human losses, so it’s necessary to slope
stability analysis to take preventive and mitigation decisions. Geologically, it’s located in
the Manabí Basin, identifying three lithologic units: Onzole formation, Borbon formation
and Quaternary Deposits; the same that evidency shallow marine to transitional
environment.
In this research has taken a study case, La Vainilla community, which it´s whitin the
seismic zone VI, that has a seismic acceleration factor of 0.5 gals. The geomechanical
characterization has been made and the geotechnical parameters determination for the
terrain modeling, the soil type is CL in the SUCS classification, characterized by
inorganic clays with low plasticity.
Later, the slope stability analysis has been realized, by the limit equilibrium methods
(LEM), calculating the safety factors (SF) for four scenarios that vary in freatic level and
seismic action in four terrain profiles. As a result, is determined that the detonating factor
most affects the stability is the seismic load, in those scenarios has noted FS values less
than 1, which expresses the terrain instability and in a minor extent the action of the water.
The circular break mechanism shows smaller FS values in comparison to flat break,
however, the latter has a longer fault length. The Janbu Simplified analysis method has
been the most conservative among the methods used. It’s recommended to perform a
continuous monitoring of the mass movement.
Key words: MASS MOVEMENTS, SLOPE STABILITY ANALYSIS,
GEOMECHANIC CHARACTERIZATION, EQUILIBRIUM LIMIT METHOD,
SAFETY FACTOR.
I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original document in Spanish.
___________________________
Ing. Marlon René Ponce, M.Sc. Tutor
CI: 1305104455
1
CAPÍTULO I 1. INTRODUCCIÓN
1.1. Localización del área de estudio
La zona de estudio, se encuentra ubicada en la región costa del Ecuador, provincia de
Manabí, cantón Santa Ana, dentro de la parroquia Honorato Vásquez (Fig. 1). Comprende
el área de la comunidad La Vainilla, de 25 Ha, aproximadamente.
PERÚ
COLOMBIA
GUAYAS
SANTA ANA
HONORATO VÁSQUEZ PORTOVIEJO
JIPIJAPA
SUCRE
Figura 1. Ubicación geográfica de la zona de estudio.
Ubicación Provincial
Ubicación Cantonal
SIMBOLOGÍA
Zona de estudio Zonas adyacentes
2
1.2. Estudios previos
El presente estudio muestra una síntesis del aporte de textos y artículos investigativos de
mayor pertinencia, que ayudarán a la investigación. Dicha síntesis se presentará
cronológicamente, a continuación:
Según Aguirre, (2005) en su trabajo “Susceptibilidad al deslizamiento de los suelos y
rocas de la Provincia de Manabí”, destaca que los suelos en la provincia son, “en su
mayoría, limosos”, se han reportado aludes principalmente en época de lluvia, debido a
la saturación continua del suelo.
Flores, (2009) en su libro “Geoprocesamiento Satelital para Investigación Superficial del
Terreno en la Provincia de Manabí” identifica las características de los suelos presentes
en la provincia, así como la geología regional e histórica y la secuencia estratigráfica, en
la misma que se evidencia que en el cantón Santa Ana existe la presencia principalmente
de dos formaciones: Formación Onzole, que comprende arcillas y limolitas laminadas de
coloración verdosa con niveles superiores arenosos; y la Formación Borbón, compuesta
por areniscas de grano medio a grueso intercalado con niveles calcáreos que contienen
abundantes microfósiles y en su parte superior predominan arcillas con mezcla de
areniscas y limolitas.
Los deslizamientos ocurridos cercanos a la zona de estudio, cantón Santa Ana, así como
en otros cantones de la provincia, expresan la susceptibilidad de los suelos a movimientos
en masa que presenta en general la provincia de Manabí.
El Ministerio de Transporte y Obras Públicas R-4, (2012) efectuó el estudio para la
rehabilitación, mejoramiento y mantenimiento de la vía Santa Ana – Poza Honda; donde
se identifican varios lineamientos que atraviesan el cantón Santa Ana, principalmente con
dirección NE - SW, el rasgo estructural más importante determinado, según el MTOP R-
4, es la presencia de una “falla con dirección N60°E”, estos rasgos estructurales presentan
una tendencia similar a las fallas principales de la cuenca de Manabí.
Adicionalmente, este estudio señala la ocurrencia de varios deslizamientos de “gran
magnitud”, como el ocurrido en el sector Las Guaijas, cercano a la zona de la presente
investigación, en el año 1997, que provocó pérdidas humanas y de obras viales públicas.
3
En la comunidad Las Piedras, zona rural del catón Santa Ana, “se evidencia un colapso
de suelo y roca”, producido por la sobresaturación del suelo.
INIGEMM, (2016, no publicado) realizó el estudio de “Evaluación de las zonas
inestables e inventario de los movimientos en masa, cantón Santa Ana” en el cual se
reporta la presencia de grietas de tensión que afectan infraestructura privada dentro de la
comunidad “La Vainilla”, de igual manera, deslizamientos del suelo afectarían obras
civiles públicas, como la vía que conecta la zona rural de la parroquia Honorato Vásquez
con la zona urbana de Santa Ana.
Adicionalmente, se reportaron zonas de surgimiento y acumulación de agua que han
emergido, especialmente, en períodos de lluvia, probablemente debido a la saturación de
los suelos. Las grietas, al igual que los puntos de agua, se han propagado desde 1998,
principalmente, en temporada invernal.
1.3. Justificación
Según Demorales & D’Ercole (2001), en su estudio, “Cartografía de riesgos y
capacidades en el Ecuador”, la provincia de Manabí parecería haber sufrido la mayor
cantidad de deslizamientos (más de 40 eventos). Le sigue Pichincha (25 deslizamientos),
y en tercer lugar, Guayas y Esmeraldas y otras provincias del centro y sur de la sierra.
Por lo expuesto, se evidencia que la provincia de Manabí es una zona de mayor
recurrencia de deslizamientos, los mismos que se han suscitado principalmente en meses
de intensas lluvias.
Se han reportado deslizamientos en la zona rural del cantón Santa Ana, que han afectado
a las comunidades, con pérdidas humanas, daños en infraestructura y obras civiles tanto
privadas como públicas (Aguirre, 2005; Flores, 2009; MTOP R-4, 2012).
En la comunidad La Vainilla, cantón Santa Ana, se han reportado grietas de tensión y la
influencia de agua que ha emergido y se encuentra acumulada constantemente, lo que
sumado a fuertes lluvias saturaría el suelo actuando como un factor detonante, además, el
tipo de suelos, siendo en su mayoría, limos y arcillas, aumenta la susceptibilidad a
deslizamientos.
4
Debido a la alta susceptibilidad, en general, que presentan los suelos de la provincia de
Manabí a deslizamientos, y los indicios de inestabilidad del terreno en la zona de estudio,
con el presente proyecto de investigación se pretende analizar la inestabilidad del terreno
sobre el cual está asentada la comunidad La Vainilla, calculando el factor de seguridad
para distintos escenarios de saturación del suelo y carga sísmica, en base a los resultados
se planteará medidas de mitigación y corrección eficientes a la problemática de
inestabilidad, las mismas que ayudarían a evitar o minimizar las pérdidas tanto humanas
como materiales.
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo general
Analizar la inestabilidad del terreno sobre el cual se asienta la comunidad La Vainilla,
cantón Santa Ana, provincia de Manabí.
1.4.2. Objetivos específicos
i. Identificar la litología presente, mediante la cartografía geológica a escala
1:5.000 en la comunidad La Vainilla, cantón Santa Ana.
ii. Determinar las características geomecánicas y los parámetros geotécnicos
(granulometría, peso específico, cohesión, ángulo de fricción interna) de los
suelos en la zona de estudio.
iii. Calcular los factores de seguridad mediante el uso del software Slide
(Rocscience) para diferentes escenarios de saturación agua, con efecto
sísmico pseudoestático, en el terreno de la comunidad La Vainilla, cantón
Santa Ana.
iv. Proponer las medidas correctivas ante la inestabilidad del terreno en la zona
de estudio.
5
1.5. Alcance
El presente proyecto se orienta a realizar el análisis de la estabilidad que presenta el
terreno sobre el cual se asienta la comunidad La Vainilla, ubicada en cantón Santa Ana,
provincia de Manabí (coordenadas aproximadas: Datum UTM, Psad 56, N9879560 /
E0595045; zona 17 Sur).
La zona de estudio comprende un área aproximada de 25 Ha, que está siendo afectada por
deslizamientos, para lo cual se generará un mapa topográfico a escala 1:5.000 a partir de
un modelo de elevación digital (DEM) y subsecuentemente cuatro perfiles topográficos
que permitan conocer la geometría del terreno.
Adicionalmente, se realizará el levantamiento geológico a escala 1:5.000 que
proporcionará un mapa geológico a la escala mencionada y un corte geológico en cada
uno de los perfiles topográficos propuestos, en el área de investigación; además, se
determinará propiedades índices de los suelos y propiedades resistentes (la granulometría,
cohesión, ángulo de fricción interna y peso específico del terreno) que serán insumos para
la modelación de su estabilidad.
Se calculará los factores de seguridad, mediante la modelación en el software Slide para
varios escenarios, considerando la afectación de presión de poros y la afectación sísmica.
A partir del análisis de los resultados, se propondrá las medidas de prevención más
eficaces para la problemática de inestabilidad.
6
CAPÍTULO II
2. FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA
2.1. Introducción
Existe una gran diversidad de definiciones que engloba el término “fenómenos de
remoción en masa”, este refleja la naturaleza compleja de las distintas disciplinas
asociadas con su estudio (Highland & Bobrowsky, 2008).
Desde el punto de vista del presente estudio, un fenómeno de remoción en masa es, en
general, un término usado para describir procesos de la geodinámica externa, los cuales
modifican las diferentes formas del terreno (Mora, 1993), incluyen movimientos hacia
abajo o afuera del talud, del material que lo compone, bajo la influencia de la gravedad
(Glade & Crozier, 2005).
Entre las áreas más propensas a la inestabilidad, están las zonas con procesos erosivos y
de meteorización intensos, laderas de valles fluviales, zonas con materiales blandos y
sueltos, con macizos rocosos arcillosos, zonas sísmicas, zonas de precipitación elevada
(González de Vallejo et al., 2002).
En la literatura científica, existen varias clasificaciones para los Movimientos en Masa,
que pueden ser en función de: el tipo de material involucrado, el mecanismo de
movimiento (Fig. 2), la velocidad del movimiento, el volumen de material removido,
grado de deformación del material y el grado de saturación. Entre las clasificaciones más
extendidas de los movimientos en masa, también denominados movimientos de ladera,
según González de Vallejo, (2002); se encuentran la de Varnes, (1984); Hutchinson,
(1988); EPOCH, (1993).
7
Figura 2. Clasificación general de los movimientos de ladera (Tomado de: González de Vallejo et al.,
2002)
8
2.1.1. Factores condicionantes
Los factores que controlan los movimientos de las laderas son aquellos capaces de
modificar las fuerzas internas y externas que actúan sobre el terreno, uno de estos factores
son denominados condicionantes (tabla 1), los cuales dependen de la propia naturaleza
del terreno, su estructura y forma (González de Vallejo et al., 2002).
Las laderas que han permanecido estables por muchos años pueden fallar en forma
imprevista debido a cambios topográficos, sismicidad, flujos de agua subterránea,
cambios en la resistencia del suelo, meteorización o factores de tipo antrópico o natural
que modifiquen su estado natural de estabilidad (Suarez Díaz, 1998).
El comportamiento hidrogeológico se asocia a las características litológicas y
estructurales y al grado de alteración y meteorización de los materiales. El agua aumenta
la presión intersticial de los poros y el peso del terreno, lo que resulta en la reducción de
la resistencia al corte del material y la amplificación de las fuerzas desestabilizadoras
(González de Vallejo et al., 2002).
2.1.2. Procesos geodinámicos detonantes
La acción de la gravedad, el debilitamiento progresivo de los materiales, debido
principalmente a la meteorización, y la actuación de otros fenómenos naturales y
ambientales, hacen que los movimientos del terreno sean relativamente habituales en el
medio geológico (González de Vallejo et al., 2002).
Factores Condicionantes
Litológicos:
Tipo de roca, alteración,
meteorización
Estructurales:
Fallas, estratificaciones,
diaclasas
Morfológicos:
Pendiente del talud o ladera
Vegetación:
Raíces, pueden favorecer a la estabilidad,
disminuyendo la erosión
Tabla 1. Factores que condicionan la estabilidad de un talud.
9
Los factores desencadenantes (tabla 2) son considerados como factores externos que
provocan o desencadenan las inestabilidades y son responsables, por lo general, de la
magnitud y velocidad de los movimientos (González de Vallejo et al., 2002).
Los movimientos en masa involucran el movimiento de los materiales que componen la
ladera, bajo la influencia de la gravedad, y pueden ser disparados por acción del agua
(lluvias torrenciales, niveles freáticos altos), sismos (pueden provocar licuefacción de los
suelos) y actividad humana (cambio en las tensiones naturales) (Mora, 1993).
- Acción del agua: La saturación de los materiales es una causa primaria de los
deslizamientos (Highland & Bobrowsky, 2008), produce variaciones en la
humedad, hidrogeología y presión de poros, lo que subsecuentemente, disminuiría
la resistencia del suelo; las lluvias y deslizamientos están estrechamente
asociados, las inundaciones pueden causar deslizamientos al saturar el material y
aumentar la presión en los poros, al igual que los deslizamientos también pueden
generar inundaciones cuando el material removido obstruye el paso de las
corrientes de agua.
- Sismos: Muchas áreas, que son vulnerables a los deslizamientos, también han
sufrido el efecto de la actividad sísmica de magnitudes moderadas. Los terremotos
en dichas áreas aumentan considerablemente la probabilidad de que se produzcan
deslizamientos (Highland & Bobrowsky, 2008), debido a que las ondas sísmicas
o vibraciones, provocan aceleraciones en el terreno que favorecen la rotura y
licuefacción (Corominas, 1987).
Factores desencadenantes
Acción del agua:
El agua favorece la meteorización, aumenta la presión intersticial o satura
el material.
Sismos:
Las ondas sísmicas pueden cambiar el estado de los
esfuerzos en los materiales, pueden provocar
licuefacción de los suelos
Antrópicos:
La actividad humana puede causar cambios en el estado
tenso-deformacional natural de una ladera, ya
sea por sobrecarga, excavaciones o cambios en
la hidrología
Tabla 2. Factores que desencadenan fenómenos de remoción en masa.
10
En el Ecuador se ha clasificado el territorio en varias zonas sísmicas según los valores
del factor de la aceleración, dando como resultado seis zonas que se muestra en la
(Fig. 3). La comunidad la vainilla se localiza en la región litoral (zona sísmica VI), la
misma que posee un valor del factor de la aceleración sísmica de 0,50 gales (Norma
Ecuatoriana de la Construcción, 2014).
Según la norma ecuatoriana de la construcción (NEC-SE-CM, 2014), para análisis
pseudoestáticos, la demanda sísmica será del 60% de la aceleración máxima del terreno
(Ec. 1), por el contrario, la componente vertical (Ev) se define como la componente
horizontal de la aceleración (Eh) por un factor mínimo de 2/3 (Ec. 2).
𝑘ℎ = 0.6(𝑎𝑚𝑎𝑥) Ecuación (1)
𝐸𝑣 ≥2
3𝐸ℎ Ecuación (2)
Donde:
Figura 3. Zonas sísmicas en Ecuador. (Modificado de: Norma ecuatoriana de la construcción,
2014)
11
𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝑍 ∗ 𝐹𝑎
El Factor (Fa) se obtiene a partir de los seis perfiles definidos, teniendo así cada perfil de
suelo distintos valores para las fuerzas actuantes (Fa) (Tabla 3), dependiendo del factor Z
determinado por la zona sísmica en la que se encuentra.
El perfil de suelo al que pertenece el terreno en la comunidad La Vainilla es tipo E - F1,
(evidencia de campo) que corresponde a suelos blandos con susceptibilidad a falla o
colapso por excitación sísmica, tales como: suelos licuables, suelos dispersivos o
débilmente cementados, etc.
Los factores condicionantes y detonantes pueden interactuar entre sí, y modificarse, es
así que las condiciones hidrogeológicas junto a cambios tensionales en el terreno por
carga estática, por ejemplo, alteran la presión intersticial en los materiales, siendo ésta,
una de las variables de mayor influencia en la inestabilidad de un talud, uno de los
parámetros afectados por la variación de la presión intersticial es la disminución de la
resistencia al corte de los materiales.
Los factores condicionantes, que se analizarán en este estudio son, litológicos,
estructurales y morfológicos; mientras que los factores detonantes a considerar son:
actividad sísmica y acción del agua.
Tabla 3. Tipo de suelo y factores de sitio Fa (Tomado de: Norma Ecuatoriana de la
Construcción, 2014)
12
2.2. Estabilidad de taludes
El estudio de la estabilidad de taludes es un componente importante para el diseño
funcional de un talud, para seleccionar e implantar medidas correctivas o preventivas para
disminuir la probabilidad de ocurrencia de una falla; comprende una aplicación integrada
de varias disciplinas, como lo son la geología, morfología, hidrogeología, mecánica de
suelos y geotecnia, en general, los estudios se concentran en tres fuerzas principales: la
gravedad, la resistencia intrínseca de los materiales y la presión ejercida por el agua
presente en dichos materiales.
Las inestabilidades en las laderas, al igual que en los taludes excavados, se deben al
desequilibrio entre las fuerzas internas y externas que actúan sobre el terreno, como se
observa en la figura 4, de tal forma que las fuerzas desestabilizadoras superan a las fuerzas
estabilizadoras o resistentes. Este desequilibrio es debido a una modificación de las
fuerzas existentes o a la aplicación de nuevas fuerzas externas estáticas o dinámicas
(González de Vallejo et al., 2002).
13
En estabilidad de taludes se recurre con frecuencia a dos tipos de análisis: aquellos que
buscan evaluar la estabilidad del talud sin recurrir a las relaciones esfuerzo - deformación
del material (métodos de equilibrio límite - MEL) y los que evalúan los movimientos de
una masa potencial de falla y que tienen en cuenta las relaciones esfuerzo – deformación
(elementos finitos - MEF) (Instituto Nacional de Vías, 1998).
Las fuerzas que desequilibran una ladera, son acciones gravitatorias y pesos
desestabilizadores, las presiones positivas del agua intersticial y fuerzas
desestabilizadoras externas (Ortuño, 2004).
La presión intersticial y la resistencia al corte, son los factores más influyentes en la
estabilidad de los taludes y laderas, por lo que es fundamental determinar las condiciones
Figura 4. Fuerzas estabilizadoras y desestabilizadoras en un talud con rotura
circular (modificado de: Ortuño, 2004)
14
más desfavorables, tanto de presión intersticial como de resistencia al corte del terreno a
lo largo de cualquier superficie potencial de deslizamiento (Ortuño, 2004).
2.2.1. Deslizamientos
Según González de Vallejo et al., (2002), los deslizamientos son movimientos de masas
de suelo o roca que deslizan sobre una o varias superficies de rotura, al superarse la
resistencia al corte de dichas superficies, siendo su velocidad de movimiento variable.
Existen dos tipos de deslizamientos: rotacionales, caracterizados por la forma de rotura
circular, ya sea superficial o profunda, y en su mayoría en suelos cohesivos; y
traslacionales, cuya forma de rotura es plana, en relación a planos de estratificación,
foliación o contacto de distintos materiales, no suelen ser muy profundos.
2.2.2. Sifonamiento
Caracterizado por una pérdida de la capacidad portante, producida por la anulación de
tensiones efectivas, debido al aumento de la tensión intersticial por un flujo ascendente
de agua, el nivel freático se encuentra relativamente alto. El parámetro fundamental es el
gradiente hidráulico (Ceballos, 2015).
2.2.3. Licuefacción
Estas fallas se producen cuando el suelo pasa rápidamente de una condición firme a un
estado en suspensión de las partículas, por lo que existe la pérdida casi total de la
resistencia al esfuerzo cortante. Ocurre, generalmente, en arcillas y arenas poco
compactas, las causas pueden ser por incremento del esfuerzo cortante actuante y por el
aumento de la presión intersticial de poros; o por el desarrollo de presiones elevadas en
el agua intersticial (consecuencia de actividad sísmica) (Ortuño, 2004).
Los suelos en la provincia de Manabí son susceptibles a movimientos en masa, por lo que
se ha tomado un caso de estudio, la comunidad La Vainilla, para realizar el análisis de la
estabilidad del terreno; por sus características litológicas (suelos limosos y arcillosos) y
morfológicas, sumado a los factores desencadenantes presentes (actividad sísmica y altas
precipitaciones); es una zona que podría ser susceptible a deslizamientos, sifonamiento o
15
licuefacción, por lo que es necesario conocer el grado de estabilidad que posee el terreno
en dicha comunidad.
2.3. Método de Equilibrio Límite (MEL)
El concepto de equilibrio límite corresponde a un sistema de fuerzas que están justo en el
punto de equilibrio, este método no predice los desplazamientos del material o la tasa de
estos en la rotura (Instituto Nacional de Vías, 1998).
La técnica más utilizada en el análisis de estabilidad de taludes es la de equilibrio límite,
en el cual, las condiciones de equilibrio de fuerzas y/o momentos (dependiendo del
método que se use) son examinadas para condiciones estáticas, en esta técnica no se
requiere información del comportamiento esfuerzo – deformacional, no provee datos
acerca de la magnitud del movimiento (Yugsi, 2013).
Según el instituto nacional de vías, (1998), los principios básicos (Fig. 5) para la
aplicación de este método son:
Proponer el mecanismo de deslizamiento factible, suponiendo superficies de falla
circulares, planas o irregulares.
Definir la resistencia al corte de los materiales (fuerzas estabilizadoras), necesario
para mantener la estabilidad de la ladera, comparada a los esfuerzos de corte
(fuerzas desestabilizadoras) en términos de factor de seguridad (FS).
Se busca el mecanismo con el menor FS por medio de iteraciones.
El factor de seguridad está relacionado con los parámetros de resistencia al corte,
y se asume que es el mismo valor a lo largo de toda la superficie de falla.
16
Las técnicas mediante el método de equilibrio límite han sido ampliamente utilizadas para
el análisis de la estabilidad de laderas o taludes, asumiendo un sistema de equilibrio en el
que el factor de seguridad es igual a 1, donde las fuerzas resistentes y actuantes son iguales
a lo largo de la superficie de falla.
El análisis se realiza a la totalidad de la masa a deslizar, o dividiéndola en tajadas o
rebanadas, siendo métodos iterativos, cada uno con cierto grado de precisión. Entre los
métodos más utilizados (Tabla 4) se encuentran: Bishop simplificado (1955), Janbu
simplificado (1968), Spencer (1967) y Morgenstern y Price (1965). Los resultados
obtenidos con distintos métodos completos difieren del orden de un 10% (Ortuño, 2004).
•Superficiesde falla:
•Circular,planar,irregular
Mecanismo de
deslizamiento
•Valormínimoparamantener laestabilidad
Resistencia al corte •Se
determinamedianteiteraciones
Mecanismo con menor FS
•Se asumeque es elmismo a lolargo de lasuperficiede falla
Factor de seguridad
Figura 5. Principios básicos del método equilibrio límite.
Bishop simplificado
• Superficies defallacirculares
• Asumehorizontaleslas fuerzasentre tajadas
• Satisfaceequilibriovertical y demomento
Janbu simplificado
• Aplicable acualquiersuperficie
• Asumefuerzashorizontalesentre tajadas
• Satisfaceequilibrio defuerzas no demomentos
• Valores FSmenores a losotros métodos
Spencer
• Aplicable acualquiersuperficie
• Satisfacetodas lascondicionesde equilibrio(fuerzas ymomentos)
• Inclinaciónconstante delas fuerzasentrerebanadas
Morgenstern y Price
• Aplicable acualquiersuperficie
• Asumeinclinación defuerzas entretajadas
• Satisfacetodas lascondicionesde equilibrio(fuerzas ymomentos)
Tabla 4. Métodos de equilibrio límite más utilizados.
17
Los valores del FS que se obtienen mediante los distintos métodos, deberán evaluarse en
base a una comparación con los valores propuestos por la norma ecuatoriana de la
construcción (NEC, 2014), que permita estimar razonablemente el cumplimiento de la
estabilidad de este talud donde se cimenta la comunidad de La Vainilla (Tabla 5); dichos
valores de FS toman en consideración:
La magnitud de la obra
Las consecuencias de una posible falla en la edificación o las cimentaciones
La calidad de la información geotécnica
Los análisis seudoestáticos se basan en conceptos de equilibrio límite, en los que las
fuerzas inducidas por las aceleraciones sísmicas se tratan como componentes horizontales
(Instituto Nacional de Vías, 1998).
2.4. Metodología
El presente proyecto investigativo se puede enmarcar dentro de distintos tipos de estudio:
Según la fuente de información, es de tipo documental y de campo, fundamentado en la
captura de información preexistente relacionada a la zona de estudio, y una fase posterior
de campo en la que se han recolectado muestras representativas del terreno. Por el
contrario, según el objeto de estudio, es un proyecto aplicado, debido a su naturaleza
práctica in situ, con el uso de metodologías estándares en los análisis de estabilidad de
taludes, incluída la norma ecuatoriana de la construcción (2014).
Tabla 5. Factores de seguridad por corte mínimos (Tomado de: Norma ecuatoriana de la
construcción, 2014)
18
El método de investigación es un método científico, está basado en investigaciones
previas que hayan sido ampliamente aceptadas, comprende un orden lógico para su
elaboración y requiere de observaciones en el campo.
Existen muchas técnicas de análisis que pueden ser utilizadas por los ingenieros para
determinar cuándo un talud es estable o no, siempre es necesario saber definir qué método
debe seleccionarse, con base en la cantidad y calidad de los datos disponibles, siendo
preciso llevar a cabo: investigación en campo, ensayos adecuados de laboratorio y la
modelación representativa del mecanismo de movimiento del talud (Instituto Nacional de
Vías, 1998).
La metodología de investigación (Fig. 6) está basada en la propuesta en el Manual de
ingeniería geológica: reconocimiento del terreno (López & Mesones, 1991), se describe,
brevemente, a continuación:
Análisis del estado actual del conocimiento existente de la zona de estudio
(documentación sobre mapas, memorias, publicaciones, informes, entre otros).
Reconocimiento previo de la zona (acceso, clima, morfología, tectónica).
Planificación del programa de investigación.
Estudios geológicos de superficie, caracterización geomecánica, toma de
muestras, ensayos de laboratorio.
Identificación de parámetros y su distribución espacial (definición del modelo).
Evaluación de los parámetros geomecánicos mediante su modelación.
Planteamiento de la solución o soluciones.
19
•Búsqueda y análisis de la documentación, mapas, publicaciones, informesGrado de
reconocimiento
•Vías de acceso, clima, morfología, tectónica, hidrología
Reconocimiento previo
•Realización de un cronograma para la investigación (campo, laboratorio y oficina)
Planificación
•Levantamiento geológico, caracterización geomecánica (RMR, Bieniaswski), toma de muestras, ensayos de laboratorio (granulometría, límites Atterberg, humedad natural, peso específico, triaxial)
Estudios geológicos -geotécnicos
•Identificación de los parámetros resistentes (cohesión, ángulo de fricción interno) y su distribución espacialDefinición del modelo
•Modelación de los parámetros resistentes, litología, morfología, adicionando carga sísmica y efecto de presión de porosEvaluación
•Planteamiento de medidas de corrección o mitigación ante el problema de inestabilidad
Medidas correctivas
Figura 6. Metodología empleada (modificado de: López &Mesones, 1991).
20
Finalmente, para la modelación del terreno y determinar los FS del talud, se emplea los
parámetros resistentes determinados en campo y en laboratorio, mediante el uso del
código o software Slide (RocScience), que permite calcular el factor de seguridad más
razonable, mediante varios métodos, entre los que se encuentran los indicados en el
apartado previo, tomando como base los métodos de análisis de estabilidad: Bishop
simplificado (1955), Janbu simplificado (1968), Spencer (1967) y Morgenstern y Price
(1965).
Se pueden modelar parámetros: hidrológicos, morfológicos, litológicos, carga sísmica y
estática; adicionalmente, permite el diseño de medidas de contención (pernos de anclaje,
muros de contención, entre otros).
La modelación será realizada para cuatro escenarios distintos, variando los factores
geodinámicos detonantes: a) con nivel freático bajo; b) con nivel freático alto; c) nivel
freático bajo y carga sísmica; y d) nivel freático alto y carga sísmica. Con lo que se
calculará factores de seguridad distintos en los cuatro perfiles del terreno.
21
CAPÍTULO III
3. CONTEXTO GEOLÓGICO
3.1. Geología regional
La costa ecuatoriana está constituida por cuatro cuencas antearco, geológicamente, el área
de estudio se encuentra ubicada, dentro de la cuenca antearco de Manabí (Fig. 7), la cual
se desarrolló sobre el terreno de piso oceánico acrecionado en el margen oeste ecuatoriano
(Luzieux et al., 2006).
Al norte de la Cordillera de Chongón y Colonche (CCC) las cuencas sedimentarias poseen
basamento de origen oceánico y son sub-paralelas a la fosa (Cuencas de Borbón,
Esmeraldas y Manabí) (Montenegro et al., 2005). La cuenca de Manabí tiene una
dirección aproximada NE-SW.
Figura 7. Ubicación de la cuenca de Manabí (modificado de: Deniaud, 2000)
22
El basamento de la cuenca de Manabí está compuesto por rocas volcánicas básicas
atribuidas a una antigua corteza oceánica y conocidas como formación Piñón, de edad
Aptiense superior – Albiense (Deniaud, 1998). En la provincia de Manabí, el relleno
sedimentario es poco espeso, el cual se caracteriza por la secuencia de varios ciclos
sedimentarios (Fig. 8):
Ciclo sedimentario del Mioceno medio al actual
Fm. Angostura
Fm. Onzole
Fm. Borbón
Areniscas blancas, lutitas, conglomerados
Lutitas, areniscas laminadas/conglomeráticas
Areniscas físiles, con niveles de bivalvos
Ciclo sedimentario del Mioceno inferior – Mioceno medio
Fm. TosaguaArcillas grises, a veces calcáreas, areniscas
gruesas, conglomerados
Hiato del Oligoceno superior – Mioceno inferior
No deposición o erosión de la secuencia
Ciclo sedimentario del Oligoceno
Fm. Playa Rica Secuencia arcillosa monótona
Ciclo sedimentario del Eoceno
Fm. ZapalloArcillas con niveles de areniscas a la base
que subyacen a lutitas ligeramente calcáreas
Ciclo sedimentario del Paleoceno
Fm. Guayaquil Secuencia de arcillas calcáreas
Ciclo sedimentario del Cretácico superior
Fm. San LorenzoSecuencia de arco insular, conformado por
grawvacas, conglomerados, flujos volcánicos
Figura 8. Ciclos sedimentarios en la Cuenca de Manabí (Modificado de: Deniaud, 1998).
23
La litoestratigrafía (Fig. 9), en general, en la cuenca Manabí comprende edades desde el
Cretácico (145-66 Ma) (Fm. Piñón) al Mioceno (23-5 Ma) (Fm. Borbón) y Pleistoceno
(2.58-0.01 Ma) (Fm. Tablazo), siendo gran parte de su litología correlacionales con otras
formaciones de cuencas contiguas, como es la Cuenca Borbón.
Figura 9. Secuencia litoestratigráfica de la cuenca de Manabí. (Tomado de:
Deniaud, 2000)
24
3.2. Contexto geodinámico
En Ecuador, el marco geodinámico es complejo, el margen continental es tectónicamente
activo, consecuencia de la subducción de la placa tectónica Nazca bajo la placa
Sudamericana; la geometría del slab de subducción es continua a un ángulo de 25°-35°
(Guillier et al., 2001; Fig. 10).
La placa Nazca está conformada por la Cordillera asísmica de Carnegie localizada entre
1°N y 2°S de latitud, Michaud et al., (2009) proponen que la subducción de la cordillera
de Carnegie controla muchos procesos, como la erosión basal y frontal, el acoplamiento
de las placas tectónicas que subsecuentemente puede disipar la energía con la ocurrencia
de sismos; por el contrario, la migración del bloque Norandino, con dirección NE,
disminuiría la tensión vertical en la zona de subducción de Carnegie.
Figura 10. Marco geodinámico ecuatoriano (Tomado de: Gutscher et al, 1999).
25
El proceso de subducción de la placa Nazca bajo la placa Sudamericana (Bloque
Norandino-BNA) ha generado los sismos más grandes en el Ecuador (Fig. 11), tal es el
caso del terremoto de 1906 considerado como el quinto en liberación de energía en el
siglo pasado. Parte de la zona involucrada en esta ruptura (desde Manta hasta
Buenaventura) fue nuevamente afectada por otros terremotos menores pero igualmente
importantes en 1942, 1956, 1958, 1979 y 1998 (Segovia et al., 2005).
La actividad sísmica en el ante arco (zona central) está relacionada con estructuras
corticales que al parecer no se extienden a más de unos 45 km de profundidad, pero no
Figura 11. Ubicación de los terremotos de mayor magnitud en la costa
ecuatoriana (Modificado de: Nocquet et al., 2014)
Mw 7.8 (2016)
26
todas ellas tienen expresiones superficiales. De esta forma, se puede observar que no toda
la sismicidad puede ser vinculada a alguna de las fallas reconocidas (Segovia et al., 2005).
El Ecuador se encuentra dentro del Cinturón de Fuego del Pacífico, una zona altamente
sismogénica, que se asocia a límites de placas convergentes (subducción de la placa de
Nazca bajo la placa Sudamericana); el país ha sido escenario de terremotos de magnitudes
mayores a 7 Mw, con epicentros localizados en la región costera. En el presente estudio
investigativo se realizó un análisis seudoestático que permitió modelar la carga sísmica
en el terreno, la misma que actúa como un factor detonante para el caso de estudio.
3.3. Geología estructural
Según Deniaud (1998), la cuenca de Manabí está limitada al Noroeste por la cordillera de
Jama Coaque, al Sur por la cordillera Chongón Colonche y al Este por la cordillera
Occidental. Las fallas mayores poseen dos rumbos principales: N10°-20°, las cuales
forman una estructura en flor con componente dextral, y N100°-110°, que muestran
componente normal y se conectan a un nivel de despegue, siendo un funcionamiento
típico de cuencas Pull-Apart. Estas fallas afectan a rocas del cretácico al paleógeno,
mientras que las rocas del neógeno evidencian deformaciones atribuidas a la reactivación
de fallas más antiguas.
Según el mapa de Fallas y Pliegues Cuaternarios de Ecuador y Regiones Oceánicas
Adyacentes (Egüez A., 2003; Fig. 12), las principales estructuras cercanas a la zona de
estudio corresponden a las siguientes fallas geológicas:
27
Falla Calceta: Se muestra como una falla inferida, con dirección N29°E,
aproximadamente. Afecta, principalmente, rocas sedimentarias terciarias, las
características morfológicas sugieren también una actividad cuaternaria.
Falla Daule: Se extiende, probablemente hacia el norte, asociada a sismicidad. Su
dirección promedio es N32°E. Morfológicamente, el río Daule parece ser controlado por
esta falla.
Adicionalmente, a partir de los estudios geofísicos llevados a cabo por Petroecuador
(2011), se han interpretado fallas y pliegues con dirección preferencial NE-SW y WNW-
ESE, las mismas que se encuentran cercanas a la zona de estudio. La interpretación
geológica muestra que la comunidad La Vainilla se encuentra en una zona de elevación,
donde se encuentran expuestos sedimentos superficiales (Fig. 13).
Figura 12. Mapa de fallas y pliegues cuaternarios, en el recuadro se indica la ubicación de la zona de
estudio (Modificado de: Egüez, 2003)
1°S
80°W
28
Figura 13. Interpretación geológica mediante métodos geofísicos (en el recuadro negro se
muestra la zona de estudio) (Modificado de: Sander Geophysics, 2011)
0°5
0’S
80°30’W 80°00’W
1°2
0’S
29
CAPÍTULO IV
4. CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA – GEOTÉCNICA
4.1. Relieve
La topografía en la zona de estudio, incluye pendientes que van desde muy suaves hasta
muy abruptas (Fig. 14). Se puede notar zonas con pendientes abruptas hacia el Norte
mientras que al Centro-Sur predominan pendientes suaves a moderadas, y pendientes muy
suaves en las zonas de quebradas y ríos.
Las elevaciones en la zona de estudio se encuentran, aproximadamente, entre 100 y 450
m.s.n.m., destacándose las zonas de mayor altura hacia el norte de La Vainilla (Fig. 15),
al Sur por el contrario las elevaciones van disminuyendo, al igual que en las zonas de
esteros y ríos.
Figura 14. Mapa de pendientes de la zona de estudio.
: <5%
: 5-15%
: 15-35%
: 35-55%
: 55-75%
>75%
30
El relieve es un factor que condiciona la estabilidad de un talud, generalmente, en
dependencia de la pendiente; puede verse modificado debido a procesos dinámicos
externos o la actividad antrópica. El terreno de la comunidad La Vainilla posee un relieve
suave a moderado (5-35%), rodeado hacia el norte por cerros con pendiente moderada a
abrupta (15-55%), lo que aumenta la probabilidad de ocurrencia de movimientos en masa.
(a)
S N
(b)
Figura 15. Distribución de elevaciones en el sector La Vainilla. (a) Muestra los rangos de las elevaciones,
distinguiendo los esteros que las cortan. (b) Se observa las geoformas asociadas (Modificado de: Google
Earth, 2016).
31
4.2. Geomorfología
El sector está conformado principalmente por zonas montañosas irregulares, en el que la
altitud oscila entre 100 y 465 m.s.n.m. Las geoformas presentes son: cerros, laderas, y
valles (Fig. 15)
Los cerros predominan al Norte de la comunidad La Vainilla, las cimas de los cerros
poseen un relieve moderado hasta muy suave, caracterizados por paredes denudadas de
fuertes buzamientos (subverticales); la litología asociada a estas geoformas,
esencialmente, presenta una secuencia de lutitas, areniscas y conglomerados
pertenecientes a las formaciones Onzole (a la base) y Borbón (al tope).
Las zonas de laderas se ubican adyacentes a la zona de estudio (Centro-Norte), adquieren
pendiente abrupta a muy abrupta; la litología relacionada a dichas geoformas comprende
depósitos cuaternarios (coluviales y suelos), producto de la remoción y erosión de las
formaciones Onzole y Borbón.
Los valles se localizan, básicamente, al Sur de la comunidad La Vainilla, cerca de la zona
de embalse de la represa Poza Honda; se caracterizan por una pendiente suave a
moderada. La litología aflorante en la zona de valles está conformada por una secuencia
granodecreciente de areniscas a lutitas, asociadas a la formación Onzole.
4.3. Hidrografía
La comunidad La Vainilla se encuentra dentro de la cuenca hidrográfica del Río
Portoviejo, siendo el río principal, con dirección de flujo hacia el Oeste; entre sus
afluentes se destaca el río Pata de Pájaro y el estero El Tigre, este último se localiza al
lado Oeste de la zona de estudio (Fig. 16), en la zona alta de la cuenca, conformando la
subcuenca del estero “El Tigre”, su dirección de drenaje es hacia el Sur, aportando a la
zona de embalse de la represa Poza Honda.
Los tipos de drenajes, básicamente, son dendríticos poco acusados con una orientación
regular y hacia el Este adquieren una distribución paralela.
32
En el sector de la comunidad La Vainilla se han evidenciado puntos de emersión de agua
no controlados, se ha realizado el levantamiento de estos puntos de agua (Fig. 17).
(a)
(b)
Figura 16. Hidrografía del sector de estudio, cuenca hidrográfica del Río Portoviejo. (a) Delimitación
de la red hidrográfica. (b) Mapa hidrográfico.
La Vainilla
Zona de estudio
33
Los puntos de emersión de agua cercanos a la comunidad, son flujos canalizados de agua
cristalina, manteniéndose a nivel de la superficie, para uso interno en las viviendas. La
mayor parte de estos puntos, que se encuentran más alejados, son de agua estancada que
se conserva al mismo nivel superficial durante la estación de verano, sin ningún tipo de
control ni uso por parte de los pobladores (Fig. 18).
Figura 17. Mapa de puntos de emersión de agua y grietas de tracción en el sector La Vainilla.
N S
Figura 18. Pozo de agua estancada a nivel superficial.
34
La acción del agua es un factor dinámico desencadenante de fenómenos de remoción en
masa. En el caso de estudio, se ha evidenciado la influencia del agua subsuperficial,
sumado a esta, la presencia de grietas de tracción de profundidades mayores a dos metros,
que se limitan al terreno de la comunidad (Fig. 19).
Las grietas inciden en la infiltración de agua hacia los estratos de suelo, por lo que es
necesario instrumentar el control del agua mediante piezómetros.
4.4. Geología local
La zona de estudio se localiza, geológicamente, en la cuenca ante-arco Manabí por lo que
comprende rocas sedimentarias clásticas que han sido depositadas en ambientes
transicionales – marino someros.
Se ha evidenciado tres unidades geológicas, correspondientes a las formaciones Onzole,
Borbón y depósitos cuaternarios. En el sector La Vainilla aflora la formación Onzole
(lecho del estero El Tigre) y depósitos cuaternarios aflorantes en la superficie de la
comunidad La Vainilla, cartografiados y observados en el mapa geológico (Fig. 20);
N S
Figura 19. Grietas de tracción afectando el terreno y viviendas en la comunidad La Vainilla.
35
mientras que hacia el Norte, el cerro La Vainilla está conformado por la formación Onzole
y Borbón, en contacto transicional.
Formación Onzole
Se encuentra aflorante en el sector del estero El Tigre [9879640/0594980], compuesto
por una secuencia estrato decreciente de areniscas grises de gano fino y medio a lutitas.
Las areniscas son líticas, poseen pseudoestratificación (Fig. 21); mientras que las lutitas
son de color gris azulado, que presentan laminación, con dirección de azimut de
buzamiento 145/05 (Fig. 22).
En el cerro La Vainilla, esta formación subyace a la formación Borbón, en contacto
transicional. En los alrededores de la comunidad La Vainilla y el estero El Tigre, se
encuentra subyaciendo a depósitos cuaternarios, en contacto discordante.
Se trata de un ambiente transicional, de edad Mioceno inferior a medio (D.G.G.M., 1973).
Figura 20. Levantamiento geológico del sector La Vainilla.
36
Areniscas de grano medio
Figura 21. Areniscas de grano medio, pseudoestratificadas y diaclasadas,
pertenecientes a la Fm. Onzole.
E W
Figura 22. Lutitas físiles con intercalaciones de areniscas de grano fino
correspondientes a la Fm. Onzole.
N S
37
Formación Borbón
En el área circundante a la comunidad La Vainilla, se encontraron rodados de
conglomerados de la formación Borbón, se trata de una secuencia granocreciente, con
intercalaciones centimétricas de areniscas grises de grano medio y lutitas (Fig. 23). Se
puede evidenciar macrofósiles de bivalvos en la matriz, esta formación se encuentra
suprayacente en contacto transicional con la formación Onzole, y subyace en discordancia
a depósitos cuaternarios. Correspondiente a un ambiente marino somero, de edad
Mioceno superior – Plioceno (D.G.G.M., 1973).
Depósitos cuaternarios
Los depósitos cuaternarios son observables en los alrededores de la zona de estudio,
caracterizados por depósitos coluviales y suelos, generalmente, de composición areno-
limoso (Fig. 24; Fig. 25). Dispuestos discordantemente a la formación Onzole.
Para los propósitos de este estudio, se colectaron muestras en tres puntos, a las que se ha
realizado ensayos geotécnicos para su caracterización, en el apartado 4.6 se indica los
parámetros geomecánicos determinados.
Figura 23. Conglomerados de la Fm. Borbón.
W E
38
1,5
m
2,5
m
Figura 24. Perfiles característicos de los suelos de composición areno-limoso en el
sector La Vainilla.
Figura 25. Deslizamiento traslacional en el sector La Vainilla,
depósitos coluviales (Tomado de: INIGEMM, 2016, no publicado).
39
4.5. Caracterización geomecánica in situ
Se realizó el levantamiento geomecánico in-situ de las rocas aflorantes en el Estero El
Tigre, observándose dos familias de diaclasas principales (A y B), cuyas características
se presentan en las tablas 6 y 7.
Familia A
Orientación N153°
Buzamiento 17°SW
Espaciamiento 0.2-0.6m
Continuidad 1-2 m
Abertura 0.5-1mm
Relleno Sin relleno
Rugosidad Plana ondulada
Agua Goteando
Tabla 6. Caracterización para la clasificación geomecánica de la
familia de diaclasas A.
Familia B
Orientación N315°
Buzamiento 74°
Espaciamiento 0.06-0.2m
Continuidad 1-3 m
Abertura 1-5mm
Relleno Blando <5mm
Rugosidad Plana ondulada
Agua Goteando
Tabla 7. Caracterización para la clasificación geomecánica de la
familia de diaclasas B.
40
Para cada estación geomecánica, se realizó la clasificación RMR, Bieniawski (1989),
evaluando cinco parámetros básicos: Resistencia de la matriz rocosa, RQD, Separación
entre diaclasas, Estado de las diaclasas y Agua freática; los resultados de RMR básico
dan una clase IV, para el tipo de roca, siendo la calidad mala del macizo rocoso (Tabla
8).
4.6. Determinación de parámetros geomecánicos en laboratorio
Las tres muestras colectadas en el sector de investigación, fueron sometidas a ensayos
geomecánicos, cuyos resultados se resumen a continuación:
J1 J2
4‐2
100‐50 5‐1
7 1 2 2
50% ‐ 75%
13 13 13
0.2 ‐ 0.6 m
10 8 10
3‐10 m
2 4 4
0.1‐1.0 mm
3 3 1Ligeramente
rugosa
3 1 1
Duro (> 5 mm)
2 6 2
Moderadamente
a l terada
3 3 3
10‐25 l i tros/min
0.1 ‐ 0.2
Húmedo
7 4 4
F-1 J-1
44 40
RMR básico:
Clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) CALIFICACIÓN
Parámetros de clasificación
1
Resistencia
de la matriz
rocosa (MPa)
Ensayo de
carga puntual> 10 10‐4 2‐1
Puntuación 15 12 4 2 0
Compres ión
s imple (MPa) Resistencia
de la matriz rocosa (MPa)Compresión
simple> 250 250‐100 50‐25 25‐5 < 1
RQDPuntuación 20 17 6 3
2RQD 90% ‐ 100% 75% ‐ 90% 25% ‐ 50% < 25%
Separación entre diaclasas (m)Puntuación 20 15 8 5
3Separación entre diaclasas > 2 m 0.6 ‐ 2 m 0.06 ‐ 0.2 m < 0.06 m
4
Esta
do d
e la
s di
acla
sas
Continuidad < 1 m 1‐3 m 10‐20 m
Abertura Nula < 0.1 mm 1‐5 mm
Rugosidad Muy rugosa Rugosa Ondulada
5
6 5 1
5 1
>20 m
Alteración Ina l teradaLigeramente
a l teradaMuy a l terada
Continuidad (m)Puntuación 6 4 1 0
Suave Rugosidad
>5 mm
1 0
Relleno Ninguno Duro (<5 mm) Blando (<5 mm) Blando (>5 mm)
Abertura (mm)
Puntuación 6 0
Descompuesta Alteración
Relleno (mm)
Puntuación 6 4 2 0
Puntuación 6
CALIFICACIÓN RMR Bàsico
Clase I II III IV V
0
Ligeramente
húmedoGoteando Agua fluyendo
5Agua freática
Caudal por 10
m de túnelNulo < 10 l i tros/min
0
25‐125 l i tros/min > 125 l i tros/min
Puntuación 15 10 4
Puntuación
Agua freáticaRelación:
Pres ión de
agua/Tens ión
0 0.0 ‐ 0.1 0.2 ‐ 0.5 > 0.5
Estado
genera lSeco
IV-MALA
Puntuación 100 ‐ 81 80 – 61 60 – 41 40 – 21 < 20
CalidadMuy buena Buena Media Mala Muy mala
Clasificación del macizo rocoso según RMR
Tabla 8. Clasificación geomecánica del macizo rocoso según RMR.
41
4.6.1. Contenido de humedad (W%)
El ensayo para conocer el contenido de humedad natural se fundamenta en la norma
ASTM D2216, la misma que es definida como la relación entre el peso del suelo húmedo
y el peso del suelo seco.
Los resultados obtenidos son: Muestra 1 = 25.41%; Muestra 2 = 19.63%; Muestra 3 =
16.35%; indicados en la tabla 9.
Ubicación : M1
Potencia : 2.00 m
Tara Número Unidades 1 2 3
Peso Tara + Muestra Húmeda Gr 161.32 161.09 169.08
Peso Tara + Muestra Seca Gr 134.97 134.65 141.04
Peso de la Tara Gr 30.93 30.84 30.81
Peso de la Muestra Seca Gr 104.04 103.81 110.23
Peso del Agua Gr 26.35 26.44 28.04
Contenido de Humedad % 25.33 25.47 25.44
Observaciones :
Promedio 25.41
Ubicación : M2
Potencia : 2.00 m
Tara Número Unidades 1 2 3
Peso Tara + Muestra Húmeda Gr 170.80 169.85 169.29
Peso Tara + Muestra Seca Gr 150.63 149.80 141.08
Peso de la Tara Gr 29.74 30.82 29.75
Peso de la Muestra Seca Gr 120.89 118.98 111.33
Peso del Agua Gr 20.17 20.05 28.21
Contenido de Humedad % 16.68 16.85 25.34
Promedio 19.63
Observaciones :
Ubicación : M3
Potencia : 2.50 m
Tara Número Unidades 1 2 3
Peso Tara + Muestra Húmeda Gr 171.50 167.40 169.80
Peso Tara + Muestra Seca Gr 151.40 148.80 149.62
Peso de la Tara Gr 30.10 30.50 29.12
Peso de la Muestra Seca Gr 121.30 118.30 120.50
Peso del Agua Gr 20.10 18.60 20.18
Contenido de Humedad % 16.57 15.72 16.75
Promedio 16.35
Observaciones :
Tabla 9. Resultados del ensayo de contenido de humedad para las
tres muestras.
42
4.6.2. Granulometría por lavado
Para el análisis granulométrico por lavado se ha empleado la metodología ASTM D422,
realizado para conocer la distribución de los tamaños de las partículas en las diferentes
muestras, que se resume en la tabla 10, mediante el uso de diversos tamices;
adicionalmente, junto con los resultados de los límites de Atterberg se podrá obtener la
clasificación de los suelos según AASHTO y SUCS.
Tamiz Abertura % Q' Pasa
( mm ) ( gr. ) ( % )
8 2.380 0 0.00 100.00
20 0.840 0 0.00 100.00
30 0.590 0.00 0.00 100.00
40 0.420 8.45 3.52 96.48
60 0.250 0.00
80 0.177 0.00
100 0.149 0.00
120 0.125 0.00
200 0.074 121.53 50.95 45.53
Cazoleta 109.24 45.52
Total Retenido : 239.22 99.99
Retenido
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00
% Q
´P
asa
Tamaño del Grano ( mm )
ANALISIS GRANULOMÉTRICO
Tamiz Abertura % Q' Pasa
( mm ) ( gr. ) ( % )
8 2.380 0 0.00 100.00
20 0.840 0 0.00 100.00
30 0.590 0.00 0.00 100.00
40 0.420 1.87 0.74 99.26
60 0.250 0.00
80 0.177 0.00
100 0.149 0.00
120 0.125 0.00
200 0.074 106.62 43.26 56.00
Cazoleta 142.30 56.69
Total Retenido : 250.79 100.69
Retenido
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00
% Q
´P
asa
Tamaño del Grano ( mm )
ANALISIS GRANULOMÉTRICO
Tamiz Abertura % Q' Pasa
( mm ) ( gr. ) ( % )
8 2.380 0 0.00 100.00
20 0.840 0 0.00 100.00
30 0.590 0.00 0.00 100.00
40 0.420 5.43 2.17 97.83
60 0.250 0.00
80 0.177 0.00
100 0.149 0.00
120 0.125 0.00
200 0.074 97.24 38.90 58.93
Cazoleta 147.01 58.80
Total Retenido : 249.68 99.87
Retenido
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00
% Q
´P
asa
Tamaño del Grano ( mm )
ANALISIS GRANULOMÉTRICO
Tabla 10. Resultados del análisis granulométrico por lavado en las tres muestras.
43
4.6.3. Límites de Atterberg (LL, LP e IP)
Los límites de Atterberg o límites de consistencia incluyen: límite líquido (LL), límite
plástico (LP) e índice de plasticidad (IP). Han sido determinados mediante las
metodologías ASTM D 4318 (LL) y ASTM D 4319 (LP).
Se han realizado para conocer el efecto de la variación de la humedad en suelos de grano
fino (que pasan el tamiz N° 40 – 0.1mm), además de ser necesario para la clasificación
de los suelos junto al análisis granulométrico. Los resultados del ensayo en las tres
muestras se observan en la tabla 11.
Ubicación : M1 Potencia : 2.00 m
Tara Número Unidades 1 2 3 1 2 3
Peso Tara + Muestra Húmeda Gr 49.72 47.49 47.12 12.54 11.87 12.23 Límite Líquido: LL = 31.07%
Peso Tara + Muestra Seca Gr 45.30 43.50 43.02 11.92 11.33 11.68 Límite Plástico: LP = 17.92%
Peso de la Tara Gr 30.82 30.90 29.74 8.49 8.27 8.63 Indice de Plasticidad : IP = 13.15%
Peso de la Muestra Seca Gr 14.48 12.60 13.28 3.43 3.06 3.05 Contenido de Humedad : Wn = 25.41%
Peso del Agua Gr 4.42 3.99 4.10 0.62 0.54 0.55 Grado de Consistencia : Kw = 0.43
Contenido de Humedad % 30.52 31.67 30.87 18.08 17.65 18.03 Grado de Consistencia : Viscosa
Número de Golpes 40 30 20 17.92
Número de Contenido de
Golpes Humedad ( % )
40 30.52
30 31.67
20 30.87
25 31.071
LIMITES DE CONSISTENCIA
LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PLÁSTICO
Promedio :
Limites de Consistencia
0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0
100.0
1 10 100
Co
nte
nid
o d
e H
um
ed
ad
( %
)
Número de Golpes
LÍMITE LIQUIDO
44
Clasificación de los suelos según SUCS:
Con los resultados de los parámetros indicados anteriormente, se clasifican a los suelos
de la comunidad La Vainilla, de la siguiente manera: a) La muestra 1 es tipo SC,
caracterizada por arenas arcillosas de tipo inorgánico; b) Las muestras 2 y 3son tipo CL,
Ubicación : M2 Potencia : 2.5m
Tara Número Unidades 1 2 3 1 2 3
Peso Tara + Muestra Húmeda Gr 47.88 47.21 48.05 13.73 12.93 13.11 Límite Líquido: LL = 32.96%
Peso Tara + Muestra Seca Gr 44.06 43.35 43.54 12.82 12.17 12.33 Límite Plástico: LP = 20.48%
Peso de la Tara Gr 30.81 30.64 30.83 8.39 8.41 8.56 Indice de Plasticidad : IP = 12.48%
Peso de la Muestra Seca Gr 13.25 12.71 12.71 4.43 3.76 3.77 Contenido de Humedad : Wn = 19.63%
Peso del Agua Gr 3.82 3.86 4.51 0.91 0.76 0.78 Grado de Consistencia : Kw = 1.07
Contenido de Humedad % 28.83 30.37 35.48 20.54 20.21 20.69 Grado de Consistencia : Media Dura , Sólida
Número de Golpes 40 30 20 20.48
Número de Contenido de
Golpes Humedad ( % )
40 28.83
30 30.37
20 35.48
25 32.963
LIMITES DE CONSISTENCIA
LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PLÁSTICO
Promedio :
Limites de Consistencia
0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0
100.0
1 10 100
Co
nte
nid
o d
e H
um
ed
ad
( %
)
Número de Golpes
LÍMITE LIQUIDO
Ubicación : M3 Potencia : 2.5 m
Tara Número Unidades 1 2 3 1 2 3
Peso Tara + Muestra Húmeda Gr 48.05 48.60 47.90 12.90 13.20 13.10 Límite Líquido: LL = 33.53%
Peso Tara + Muestra Seca Gr 44.10 44.50 43.20 12.10 12.90 12.70 Límite Plástico: LP = 12.70%
Peso de la Tara Gr 30.50 30.80 30.40 8.40 8.50 8.56 Indice de Plasticidad : IP = 20.83%
Peso de la Muestra Seca Gr 13.60 13.70 12.80 3.70 4.40 4.14 Contenido de Humedad : Wn = 16.35%
Peso del Agua Gr 3.95 4.10 4.70 0.80 0.30 0.40 Grado de Consistencia : Kw = 0.82
Contenido de Humedad % 29.04 29.93 36.72 21.62 6.82 9.66 Grado de Consistencia : Plástica
Número de Golpes 40 30 20 12.70
Número de Contenido de
Golpes Humedad ( % )
40 29.04
30 29.93
20 36.72
25 33.534
LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PLÁSTICO
Promedio :
Limites de Consistencia
LIMITES DE CONSISTENCIA
0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0
100.0
1 10 100
Co
nte
nid
o d
e H
um
ed
ad
( %
)
Número de Golpes
LÍMITE LIQUIDO
Tabla 11. Resultados del ensayo de límites de Atterberg para las tres muestras.
45
referido a arcillas inorgánicas de baja plasticidad y de baja a media compresibilidad,
indicadas en la tabla 12.
Clasificación de los suelos según AASHTO:
Las tres muestras pertenecen al tipo de suelo con material limo arcilloso A-6, variando en
el índice de grupo IG; muestra 1 = IG 4, muestra 2 = IG 6; muestra 3 = IG 10 (Tabla 13).
Con estos resultados, según la clasificación AASHTO, el tipo de material es arcilloso,
siendo un terreno de características regular a malo para las fundaciones o cimentaciones.
CLASIFICACIÓN DE SUELOS SEGÚN S.U.C.S
Ubicación : M1 Potencia :
2m
% Que Pasa la Malla N° 200 45.67
% Que Pasa la Malla N° 4 100.00
Límite Líquido LL = 31.07 %
Límite Plástico LP = 17.92 %
Indice de Plasticidad IP = 13.15 %
Tipo de Suelo Según su Granulometría : Suelo Grueso
Arena
Tipo de Simbología : Simbología Normal
Tipo de Suelo : SM , SC
Suelo : SC
CLASIFICACIÓN DE SUELOS SEGÚN S.U.C.S
Ubicación : M2 Potencia :
2.5m
% Que Pasa la Malla N° 200 56.00
Límite Líquido LL = 32.96 %
Límite Plástico LP = 20.48 %
Indice de Plasticidad IP = 12.48 %
Tipo de Suelo Según su Granulometría : Suelo Fino
Baja Plasticidad
Tipo de Simbología : Simbología Normal
Tipo de Suelo : CL , ML , OL
Suelo : CL
CLASIFICACIÓN DE SUELOS SEGÚN S.U.C.S
Ubicación : M1 Potencia :
2m
% Que Pasa la Malla N° 200 58.93
Límite Líquido LL = 33.53 %
Límite Plástico LP = 12.7 %
Indice de Plasticidad IP = 20.83 %
Tipo de Suelo Según su Granulometría : Suelo Fino
Baja Plasticidad
Tipo de Simbología : Simbología Normal
Tipo de Suelo : CL , ML , OL
Suelo : CL
Tabla 12. Clasificación de los suelos según SUCS para las tres muestras.
46
4.6.4. Peso específico (δ)
Este se lo realizó con el propósitos de conocer el peso específico de los suelos en
condiciones naturales (ya que la densidad depende del volumen de huecos y de la cantidad
de agua que presenta en ese momento), ha sido basado en la norma ASTM D854, cuyos
resultados se utilizarán para el posterior modelamiento en el software Slide. Los
resultados que se indican son las densidades de los suelos que serán convertidos a pesos
específicos: Muestra 1 = 1.48g/cm3; Muestra 2 = 1.40 g/cm3; Muestra 3 = 1.53 g/cm3
(Tabla14).
Parámetros Usados
% Que Pasa la Malla N° 200 45.67
% Que Pasa la Malla N° 40 96.47
% Que Pasa la Malla N° 10 100.00
Límite Líquido LL = 31.07 %
Límite Plástico LP = 17.92 %
Indice de Plasticidad : IP = 13.15 %
Tipo de Suelo : Material Limo Arcilloso
Clasificación de Suelos : A - 6
Suelo : ( 4 )
Tipo de Material : Suelo Arcilloso
Terreno de Fundación : Regular a Malo
CLASIFICACIÓN AASHTO
Parámetros Usados
% Que Pasa la Malla N° 200 56.00
% Que Pasa la Malla N° 40 99.26
% Que Pasa la Malla N° 10 100.00
Límite Líquido LL = 32.96 %
Límite Plástico LP = 20.48 %
Indice de Plasticidad : IP = 12.48 %
Tipo de Suelo : Material Limo Arcilloso
Clasificación de Suelos : A - 6
Suelo : ( 6 )
Tipo de Material : Suelo Arcilloso
Terreno de Fundación : Regular a Malo
CLASIFICACIÓN AASHTO
Parámetros Usados
% Que Pasa la Malla N° 200 58.93
% Que Pasa la Malla N° 40 97.83
% Que Pasa la Malla N° 10 100.00
Límite Líquido LL = 33.53 %
Límite Plástico LP = 12.7 %
Indice de Plasticidad : IP = 20.83 %
Tipo de Suelo : Material Limo Arcilloso
Clasificación de Suelos : A - 6
Suelo : ( 10 )
Tipo de Material : Suelo Arcilloso
Terreno de Fundación : Regular a Malo
CLASIFICACIÓN AASHTO
Tabla 13. Clasificación de los suelos según AASHTO para las tres muestras.
47
4.6.5. Ángulo de rozamiento interno y cohesión (ϕ y ϲ)
El ensayo triaxial ha sido basado en la norma ASTM D2850, es un método confiable para
determinar los parámetros de resistencia (cohesión y ángulo de fricción interna). Para este
tipo de suelos finos, se ha recomendado la prueba sin consolidación y sin drenaje (UU).
Los resultados de cada muestra son:
- Muestra 1: ϲ=0.125; ϕ=17°
- Muestra 2: ϲ=0.144; ϕ=17°
- Muestra 3: ϲ=0.131; ϕ=18°
Los círculos de rotura se observan en la tabla 15.
Ubicación : M1 Ubicación : M2 Ubicación : M3
Potencia : 2.00 m Potencia : 2.50 m Potencia : 2.00 m
Tara Número Unidades 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Peso del Suelo Seco Gr 114.20 112.00 115.00 109.80 110.30 110.00 119.20 121.50 120.00
Peso Frasco Vacío Gr 170.00 170.00 170.00 170.00 170.00 170.00 170.00 170.00 170.00
Peso Frasco + Agua Gr 700.00 700.00 700.00 720.00 720.00 720.00 710.00 710.00 710.00
Peso Frasco + Agua +Suelo Gr 739.00 734.00 738.00 751.00 748.00 755.00 751.00 755.00 749.00
Volumen de Sólidos Cm3 75.20 78.00 77.00 78.80 82.30 75.00 78.20 76.50 81.00
Peso Específico de Sólidos Gr / Cm 3 1.52 1.44 1.49 1.39 1.34 1.47 1.52 1.59 1.48
1.40 1.53
PESO ESPECÍFICO
Observaciones :
1.48Promedio
Tabla 14. Resultados del ensayo de peso específico para las tres muestras.
Peso específico 14.519 kN/m3 13.734 kN/m3 15.009
48
Fuerza de atracción entre partículas Cohesión : V = 0.125 Kg/cm2
Angulo de Fricción Interna : f = 17
ENSAYO TRIAXIAL - M1
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
Esf
uerz
o C
ort
an
tet
( K
g/
cm
² )
Línea de Rotura t = V + s.Tg ( f )
Fuerza de atracción entre partículas Cohesión : V = 0.144 Kg/cm2
Angulo de Fricción Interna : f = 17
ENSAYO TRIAXIAL - M2
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Esf
uerz
o C
ort
an
tet
( K
g/
cm
² )
Línea de Rotura t = V + s.Tg ( f )
Fuerza de atracción entre partículas Cohesión : V = 0.131 Kg/cm2
Angulo de Fricción Interna : f = 18
ENSAYO TRIAXIAL - M3
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
Esf
uerz
o C
ort
an
tet
( K
g/
cm
² )
Línea de Rotura t = V + s.Tg ( f )
Tabla 15. Resultados obtenidos para la cohesión y ángulo de fricción interna de las muestras de suelos
mediante ensayo triaxial.
49
4.6.6. Coeficientes de carga sísmica (Kh y Kv)
La fuerza sísmica que se aplicará para la modelación seudoestática, está basada en la
norma ecuatoriana de la construcción (2014), la misma que fue estudiada en el capítulo
II del presente estudio.
En este apartado se calculan los coeficientes de carga sísmica con las fórmulas propuestas
(Ecuación 1 y 2).
𝑘ℎ = 0.60 ∗ 𝑧 ∗ 𝐹𝑎 (Ec. 1)
𝑘ℎ = 0.60 ∗ 0.5 ∗ 0.97
𝑘ℎ = 0.291
𝐸𝑣 ≥2
3𝐸ℎ (Ec. 2)
𝑘𝑣 ≥ 0.291 ∗2
3
𝑘𝑣 ≥ 0.194
Los valores de la aceleración en roca (z) se obtiene mediante el mapa de zonificación
sísmica del Ecuador, siendo la zona litoral catalogada como zona sísmica VI (z≥ 0.5);
mientras que para las fuerzas actuantes (Fa) los valores se encuentran en la tabla de los
perfiles de suelos.
4.6.7. Parámetros geomecánicos
Para la modelación del terreno de la comunidad La Vainilla se han realizado cuatro
perfiles topográficos y geológicos, factores necesarios en el software utilizado.
En la figura 26 se observa la distribución de los materiales en distintos perfiles del terreno
La Vainilla, se puede notar dos unidades geológicas: depósitos cuaternarios (suelo) y la
formación Onzole.
51
Para cada uno de los materiales se requiere los parámetros resistentes (cohesión y ángulo
de fricción interna) y el peso específico. A continuación se presenta un cuadro resumen
de los parámetros determinados y calculados para la caracterización de los suelos, los
mismos que serán utilizados en la modelación del terreno mediante el programa Slide
(RocScience) (Tabla 16).
En el presente estudio no se dispone de ensayos para la formación Onzole, por lo que se
ha recurrido a información bibliográfica de la misma litología en otra posición geográfica,
para efectos de la modelación; el cual fue tomado del estudio de “Análisis de
susceptibilidad a fenómenos de remoción en masa (FRM): derecho de vía, tramo cuatro
OCP” (Pachacama, 2016), que presenta valores recopilados de los parámetros resistentes
y peso específico obtenidos mediante diez ensayos para la formación Onzole, los cuales
fueron promediados para los fines de la modelación (Tabla 17).
Tabla 16. Resumen de los parámetros para la caracterización de los suelos.
Propiedades M1 M2 M3 Promedio
W% 25.41% 19.63% 16.35% 20.46%
% pasa tamiz 200 45.53 56% 58.80% -
LL 31.07% 32.96% 33.53% -
LP 17.92% 20.48% 12.70% -
IP 13.15% 12.48% 20.83% -
Consistencia viscosa media dura, sólida plástica -
Clasificación SUCS SC CL CL -
Clasificación AASHTO A-6 (4) A-6 (6) A-6 (10) -
Densidad específica g/cm3 1.48 g/cm3 1.40 g/cm3 1.53 g/cm3 1.47 g/cm3
Peso específico kN/m3 14.519 kN/m3 13.734 kN/m3 15.009 kN/m3 14.421 kN/m3
Peso específico saturado 18.208 kN/m3 16.43 kN/m3 17.463 kN/m3 17.372 kN/m3
Ángulo de fricción interna 17° 17° 18° 17°
Cohesión kg/cm2 0.125 kg/cm2 0.144 kg/cm2 0.131 kg/cm2 0.133 kg/cm2
Cohesión kPa 12.5 kN/m2 14.4 kN/m2 13.1 kN/m2 13.3 kN/m2
Kh
Kv 0.194
0.291
52
Peso específico
(kN/m3)
Peso saturado
(kN/m3)
Fricción
(°)
Cohesión
(kN/m2)
1 18.4 22.16464 33 27.4
2 19.27 23.212642 35.8 34.6
3 18.17 21.887582 25.57 40.067
4 19.32 23.272872 15.31 44.234
5 16.23 19.550658 15.42 12.346
6 14.29 17.213734 32.23 4.449
7 13.98 16.840308 32.3 4.307
8 17.2 20.71912 21.76 15.531
9 16.04 19.321784 8.32 1.337
10 17.46 21.032316 11.62 15.922
ꭓ 17.036 20.5215656 23.133 20.0193
Tabla 17. Valores de los parámetros geotécnicos recopilados para
la Fm. Onzole (Modificado de: Pachacama, 2016)
53
CAPÍTULO V
5. CÁLCULO DE LOS FACTORES DE SEGURIDAD
5.1. Cálculo de factores de seguridad para los Escenarios
Se ha calculado los factores de seguridad en cuatro perfiles de terreno (A-A’; B-B’; C-C’
y D-D’) en diferentes escenarios de nivel freático y carga sísmica mediante los métodos
de análisis de estabilidad de taludes propuestos en la metodología del presente estudio.
En este capítulo se analiza la estabilidad del terreno de la comunidad La Vainilla,
utilizando el software Slide (RocScience). Se planteó una forma de rotura plana, debido
a que se posee planos de estratificación en la formación Onzole, la misma que se
encuentra subyacente a los depósitos cuaternarios (suelo); adicionalmente, los suelos
tienden a fallar en forma rotacional, por lo que también se ha buscado superficies en las
que podría desarrollarse roturas circulares.
Para evaluar el Factor de Seguridad se realizó la comparación con los valores propuestos
por la NEC (2014; tabla 4), que determina para condiciones estática FS minimo =1.25,
mientras que para condiciones seudoestáticas FS minimo= 1
5.1.1. Escenario con nivel freático bajo
Se supone el nivel freático bajo la superficie, cercano al contacto entre el suelo y la
formación Onzole, este escenario es equivalente en la temporada de verano, sin carga
sísmica.
Se puede observar en la figura 27 los modelos del terreno para rotura plana en los cuatro
perfiles realizados, donde los factores de seguridad varían entre los distintos métodos,
siendo todos FS>3, considerado como estable.
En la figura 28 se indica los modelos para rotura circular en los cuatro perfiles del terreno,
el factor de seguridad disminuye para este tipo de falla, pero sigue conservándose estable
(FS>2).
54
A
B
C
Figura 27. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático bajo, sin carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
D
55
B
A
C
D
Figura 28. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático bajo, sin carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
56
Según los valores de factor de seguridad calculados para los cuatro perfiles, mediante los
distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes (Tabla 18) se denota estabilidad en
todos los perfiles analizados para esta condición, con nivel freático bajo (N.F. bajo);
además, se puede observar en la tabla 18, que la rotura circular presenta valores FS
menores que en rotura plana, debido a que la superficie de rotura es menor en circular que
en la plana.
5.1.2. Escenario con nivel freático alto
En este escenario se supone el nivel freático superficial, afectando el suelo y la formación
Onzole, dicho escenario es similar al que se tiene en temporada de invierno, sin carga
sísmica.
En la figura 29 se observan los modelos del terreno para un tipo de falla plana, en los
cuatro perfiles realizados, los factores de seguridad calculados varían entre los distintos
métodos, siendo todos FS>1.5, considerado como estable.
Los modelos para rotura circular se muestran en la figura 30, para los cuatro perfiles del
terreno, el factor de seguridad disminuye en este tipo de falla, encontrándose en el límite
de la estabilidad propuesta en la NEC (2014), (FS>1.3).
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesPERFIL A PERFIL B PERFIL C PERFIL D
Bishop Simplificado 4.735 3.284 3.816 4.59
Janbu Simplificado 4.688 3.241 3.768 4.5
Janbu Corregido 4.736 3.282 3.811 4.575
Spencer 4.829 3.279 3.8 4.721
GLE/Morgenstern-Price 4.695 3.249 3.777 4.519
Bishop Simplificado 3.004 2.437 2.78 2.295
Janbu Simplificado 2.779 2.276 2.612 2.132
Janbu Corregido 2.967 2.42 2.779 2.274
Spencer 3.005 2.437 2.78 2.295
GLE/Morgenstern-Price 3.008 2.437 2.778 2.294
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
FACTOR DE SEGURIDAD: N.F. BAJO
Tabla 18. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático bajo, mediante los distintos
métodos de análisis de estabilidad de taludes.
57
Figura 29. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático alto, sin carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
B
A
C
D
58
Figura 30. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático alto, sin carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
B
A
C
D
59
Los valores de factor de seguridad calculados para los cuatro perfiles, mediante los
distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes (Tabla 19) determinan la
estabilidad en escenario de nivel freático alto; se puede observar que para la rotura plana
se obtienen valores mayores que en rotura circular, encontrándose esta última cercana al
FS mínimo propuesto en la NEC (2014) (FS mínimo=1.25).
Los valores de FS presentados en la tabla 19, son menores porque se encuentran
influenciados por la acción del nivel freático alto.
5.1.3. Escenario con nivel freático bajo y carga sísmica
Se supone el nivel freático bajo la superficie, cercano al contacto entre el suelo y la
formación Onzole, adicionando carga sísmica (calculado en el capítulo anterior).
Se puede observar en la figura 31 los modelos del terreno para rotura plana en los cuatro
perfiles realizados, donde los factores de seguridad varían entre los distintos métodos,
siendo todos FS=0.988-1.311, considerado como inestable según la NEC (2014), donde
el FS minimo en condiciones seudoestáticas es 1.0.
En la figura 32 se indica los modelos para rotura circular en los cuatro perfiles del terreno,
el factor de seguridad disminuye para este tipo de falla, conservándose inestable
(FS=0.567-0.785).
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesPERFIL A PERFIL B PERFIL C PERFIL D
Bishop Simplificado 2.56 1.698 2.162 2.682
Janbu Simplificado 2.534 1.673 2.13 2.626
Janbu Corregido 2.561 1.695 2.155 2.669
Spencer 2.597 1.695 2.149 2.678
GLE/Morgenstern-Price 2.536 1.678 2.136 2.638
Bishop Simplificado 2.024 1.4 2.016 1.939
Janbu Simplificado 1.988 1.376 2.002 1.849
Janbu Corregido 2.058 1.427 2.047 1.947
Spencer 2.027 1.398 2.016 1.938
GLE/Morgenstern-Price 2.027 1.399 2.017 1.937
FACTOR DE SEGURIDAD: N.F. ALTO
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
Tabla 19. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático alto, mediante los distintos
métodos de análisis de estabilidad de taludes.
60
Figura 31. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático bajo y carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
B
A
C
D
61
Figura 32. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático bajo y carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
B
A
C
D
62
Los valores de factor de seguridad calculados para los cuatro perfiles, mediante los
distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes (Tabla 20) determinan la
inestabilidad para el escenario con nivel freático alto y carga sísmica; se puede observar
que para la rotura plana se obtienen valores mayores que en rotura circular, encontrándose
valores FS<1, siendo el FS mínimo en condiciones seudoestáticas, propuesto en la NEC
(2014) FS=1.
Los resultados obtenidos para el factor de seguridad, son mucho menores (FS<1) que en
los escenarios anteriores, por efecto de la carga sísmica.
5.1.4. Escenario con nivel freático alto y carga sísmica
En este escenario se supone el nivel freático superficial, afectando el suelo y la formación
Onzole, adicionando carga sísmica.
En la figura 33 se observan los modelos del terreno para un tipo de falla plana, en los
cuatro perfiles realizados, los factores de seguridad calculados varían entre los distintos
métodos, siendo FS=0.599-0.812; considerado como inestable según la NEC (2014),
donde el FS minimo en condiciones seudoestáticas es 1.0.
Los modelos para rotura circular se muestran en la figura 34, para los cuatro perfiles del
terreno, el factor de seguridad disminuye en este tipo de falla, conservándose inestable
(FS=0.567-0.785).
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesPERFIL A PERFIL B PERFIL C PERFIL D
Bishop Simplificado 1.232 1.003 1.134 1.278
Janbu Simplificado 1.221 0.991 1.121 1.266
Janbu Corregido 1.234 1.005 1.134 1.287
Spencer 1.216 0.988 1.126 1.311
GLE/Morgenstern-Price 1.221 0.992 1.122 1.269
Bishop Simplificado 0.989 0.921 0.899 0.892
Janbu Simplificado 0.917 0.856 0.862 0.837
Janbu Corregido 0.977 0.91 0.909 0.889
Spencer 1.001 0.931 0.903 0.895
GLE/Morgenstern-Price 0.998 0.931 0.903 0.896
FACTOR DE SEGURIDAD: N.F. BAJO + C.S.
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
Tabla 20. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático bajo + carga sísmica,
mediante los distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes.
63
B
A
C
D
Figura 33. Modelo del terreno con rotura plana para escenario con nivel freático alto y carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
64
B
A
C
D
Figura 34. Modelo del terreno con rotura circular para escenario con nivel freático alto y carga
sísmica en los perfiles A, B, C.
65
Los valores de factor de seguridad calculados para los cuatro perfiles, mediante los
distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes (Tabla 21) determinan la
inestabilidad del terreno para el escenario con nivel freático alto y carga sísmica; siendo
todos los valores calculados FS<1, considerando que el FS mínimo en condiciones
seudoestáticas, propuesto en la NEC (2014) debe ser igual o mayor a 1.
Para este escenario, es contundente que la acción sísmica afecta la estabilidad del terreno,
evidenciado en los resultados para los diferentes métodos de análisis para rotura plana y
circular, cuyos FS son menores a 1.
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesPERFIL A PERFIL B PERFIL C PERFIL D
Bishop Simplificado 0.764 0.608 0.695 0.807
Janbu Simplificado 0.756 0.599 0.686 0.799
Janbu Corregido 0.764 0.607 0.694 0.812
Spencer 0.76 0.6 0.69 0.808
GLE/Morgenstern-Price 0.756 0.6 0.687 0.801
Bishop Simplificado 0.707 0.578 0.678 0.78
Janbu Simplificado 0.693 0.567 0.673 0.745
Janbu Corregido 0.718 0.586 0.689 0.785
Spencer 0.709 0.581 0.679 0.781
GLE/Morgenstern-Price 0.71 0.581 0.679 0.784
FACTOR DE SEGURIDAD: N.F. ALTO + C.S.
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
Tabla 21. Cuadro resumen de los valores de FS en escenario de nivel freático alto + carga sísmica,
mediante los distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes.
66
CAPÍTULO VI
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
En este capítulo se muestra la interpretación de los resultados obtenidos en el capítulo V,
evaluando los factores de seguridad obtenidos en cada método en función de los
escenarios para cada uno de los perfiles, con el fin de identificar el perfil con menor FS y
que mejor se adapte en el presente caso de estudio.
- Perfil A
Este perfil se encuentra con dirección aproximada SW-NE, tomando en cuenta el estero
El Tigre y el terreno de la comunidad La Vainilla.
En base a los resultados calculados del FS (Tabla 22), permanece estable en esta dirección
para escenarios estáticos que varían en el nivel freático; por el contrario, en escenarios
pseudoestáticos el talud muestra inestabilidad.
67
- Perfil B
Este perfil se encuentra con dirección aproximada SSW-NNE, pasando por el estero El
Tigre y el terreno de la comunidad La Vainilla.
Según los resultados calculados del FS en este perfil (Tabla 23), se identifica que el talud
permanece estable en esta dirección para escenario estático con el nivel freático bajo,
teniendo valores mayores a 2 (FS>2); por el contrario, al aumentar el nivel freático, los
valores se encuentran desde 1.376, valor cercano al mínimo requerido en la NEC (2014).
En el análisis pseudoestático, el talud muestra que con el nivel freático bajo los valores
del FS calculados están entre 0.856 a 1.005 y en niveles altos los valores disminuyen a
0.567 – 0.608; lo que evidencia inestabilidad del terreno.
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 4.735 2.56 1.232 0.764
Janbu Simplificado 4.688 2.534 1.221 0.756
Janbu Corregido 4.736 2.561 1.234 0.764
Spencer 4.829 2.597 1.216 0.76
GLE/Morgenstern-Price 4.695 2.536 1.221 0.756
Bishop Simplificado 3.004 2.024 0.989 0.707
Janbu Simplificado 2.779 1.988 0.917 0.693
Janbu Corregido 2.967 2.058 0.977 0.718
Spencer 3.005 2.027 1.001 0.709
GLE/Morgenstern-Price 3.008 2.027 0.998 0.71
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
PERFIL A
Tabla 22. Resultados del FS calculado en el perfil A, mediante los distintos métodos de análisis de
estabilidad de taludes.
68
- Perfil C
Este perfil posee dirección aproximada SSW-NNE, paralelo al perfil B, se encuentra en
el extremo sur de la comunidad La Vainilla.
Los valores del FS calculados para este perfil (Tabla 24), muestran una clara estabilidad
del terreno en esta dirección para escenarios estáticos con distinto nivel freático (FS>2);
En escenarios pseudoestáticos con nivel freático bajo, el talud muestra estabilidad para
falla plana (FS>1.1); por el contrario, para falla rotacional y escenario de nivel freático
alto más carga sísmica, se observa una clara inestabilidad (FS<1) mediante todos los
métodos.
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 3.284 1.698 1.003 0.608
Janbu Simplificado 3.241 1.673 0.991 0.599
Janbu Corregido 3.282 1.695 1.005 0.607
Spencer 3.279 1.695 0.988 0.6
GLE/Morgenstern-Price 3.249 1.678 0.992 0.6
Bishop Simplificado 2.437 1.4 0.921 0.578
Janbu Simplificado 2.276 1.376 0.856 0.567
Janbu Corregido 2.42 1.427 0.91 0.586
Spencer 2.437 1.398 0.931 0.581
GLE/Morgenstern-Price 2.437 1.399 0.931 0.581
PERFIL B
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
Tabla 23. Resultados del FS calculado en el perfil B, mediante los distintos métodos de análisis de
estabilidad de taludes.
69
- Perfil D
La dirección de este perfil es N-S, pasando únicamente por el terreno de la comunidad La
Vainilla.
Según los resultados calculados del FS para el perfil D (Tabla 25), el terreno permanece
estable en esta dirección para escenarios estáticos de diferentes niveles freáticos.
Para el escenario con nivel freático bajo y carga sísmica, el talud muestra estabilidad para
falla plana (FS>1.2); por el contrario, para la rotura rotacional en dicho escenario y para
el escenario con nivel freático alto más carga sísmica, se observa una clara inestabilidad
(FS<1) mediante todos los métodos de análisis.
Los valores FS calculados en la rotura circular para todos los casos son menores en
comparación a la rotura plana; debido a que la longitud de la superficie de rotura influye
en la estabilidad, la superficie de falla plana es notablemente mayor que en la rotura
circular.
De los métodos de análisis de estabilidad de taludes utilizados, el de Janbu Simplificado,
denota un carácter más sensible que los otros métodos para los cuatro perfiles en
cualquiera de los escenarios.
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 3.816 2.162 1.134 0.695
Janbu Simplificado 3.768 2.13 1.121 0.686
Janbu Corregido 3.811 2.155 1.134 0.694
Spencer 3.8 2.149 1.126 0.69
GLE/Morgenstern-Price 3.777 2.136 1.122 0.687
Bishop Simplificado 2.78 2.016 0.899 0.678
Janbu Simplificado 2.612 2.002 0.862 0.673
Janbu Corregido 2.779 2.047 0.909 0.689
Spencer 2.78 2.016 0.903 0.679
GLE/Morgenstern-Price 2.778 2.017 0.903 0.679
ROTURA
CIRCULAR
ROTURA
PLANA
PERFIL C
Tabla 24. Resultados del FS calculado en el perfil C, mediante los distintos métodos de análisis de
estabilidad de taludes.
70
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 4.59 2.682 1.278 0.807
Janbu Simplificado 4.5 2.626 1.266 0.799
Janbu Corregido 4.575 2.669 1.287 0.812
Spencer 4.721 2.678 1.311 0.808
GLE/Morgenstern-Price 4.519 2.638 1.269 0.801
Bishop Simplificado 2.295 1.939 0.892 0.78
Janbu Simplificado 2.132 1.849 0.837 0.745
Janbu Corregido 2.274 1.947 0.889 0.785
Spencer 2.295 1.938 0.895 0.781
GLE/Morgenstern-Price 2.294 1.937 0.896 0.784
PERFIL D
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
Tabla 25. Resultados del FS calculado en el perfil D, mediante los distintos métodos de análisis de
estabilidad de taludes.
71
CAPÍTULO VII
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1. Conclusiones
- En el sector de estudio se han identificado tres unidades litológicas: Formación
Onzole y Formación Borbón, formaciones de carácter sedimentario, de relleno de
la cuenca Manabí, conformadas por secuencias de lutitas, areniscas o
conglomerados, estratos granocrecientes y granodecrecientes, lo que muestra la
sedimentación progresiva en ambientes marino someros a transicionales.
Depósitos cuaternarios, conformados por suelos limo-arenosos y depósitos
coluviales.
- Los suelos en la zona de estudio, corresponde en su mayoría a los de tipo CL
(clasificación SUCS), caracterizados por ser arcillas inorgánicas de baja
plasticidad y de baja a media compresibilidad, poseen consistencia que varía de
plástica a dura. Los parámetros resistentes, en promedio, son valores bajos-medios
(ϕ=17°; ϲ=0.133kg/cm2) lo que está en función al tipo de suelo reconocido.
- Los suelos según la clasificación AASHTO, son suelos regulares a malos para
cimentaciones (A-6).
- Los porcentajes de humedad natural obtenidos como resultados influencian la
cohesión de estos materiales, los cuales varían del 16 al 25%.
- Los valores calculados de factor de seguridad muestran que el factor detonante
que más influye es la carga sísmica, para los escenarios seudoestáticos, el talud
tiende a ser inestable; mientras que en condiciones estáticas, la acción del agua, a
pesar de que no provoca inestabilidad, disminuye los FS.
- El perfil B muestra valores FS menores que los otros perfiles (A, C, D), para los
diferentes escenarios, por lo que se concluye que la rotura más crítica es en esta
dirección, por lo tanto, deberán tomarse medidas de prevención, considerando
estos valores.
72
- El método de análisis de estabilidad de taludes más sensible, en todos los
escenarios, es el método Janbu Simplificado; sin embargo, para resultados de
valores mayores del FS no se denota una tendencia entre los otros métodos.
- El mecanismo de rotura circular, denota superficies de rotura con menor factor de
seguridad a comparación de la rotura plana, en la cual son mayores; empero, la
superficie propuesta para la falla plana tiene mayor longitud que la falla
rotacional. Lo cual incide en los parámetros resistentes.
7.2. Recomendaciones
- Se recomienda instalar puntos de control hidro-meteorológicos (incluyendo
pluviómetros), con el fin de identificar de mejor forma los parámetros hídricos e
hidrogeológicos, ya que son factores detonantes y que pueden modificar los
parámetros resistentes de los materiales.
- Es recomendable realizar ensayos de permeabilidad, que permitan conocer las
condiciones internas del material
- Se recomienda analizar la estabilidad del terreno mediante métodos de elementos
finitos (MEF), para identificar el estado tenso-deformacional del terreno y el área
afectada, ya que el método de equilibrio límite no lo permite.
- Es recomendable controlar los puntos de surgencia de agua, realizando una
impermeabilización y/o drenando el agua fuera de la zona de estudio;
adicionalmente, mitigar la infiltración del agua en el terreno con el uso de
canaletas, especialmente, hacia el norte de la comunidad La Vainilla, donde la
pendiente abrupta de las laderas aumenta la escorrentía hacia la zona de estudio.
- Se recomienda no seguir realizando cimentaciones en la zona de estudio, mayores
a dos plantas, ya que la carga estática modifica las condiciones de estabilidad del
terreno, además de ser una zona con peligro sísmico alto.
- En el análisis de estabilidad de taludes es recomendable utilizar el método de
análisis Janbu Simplificado, para obtener resultados de mayor sensibilidad.
- Se sugiere realizar el control del movimiento de masa, mediante la instalación de
mojones perimetrales a la zona de estudio.
73
CITAS BIBLIOGRÁFICAS
Aguirre Herrera, M. (2005). Tesis de Grado: Susceptibilidad al deslizamiento de los suelos y
rocas de la provincia de Manabí. Guayaquil, Ecuador: Escuela Superior Politécnica del
Litoral.
Bates, M., & Palmer, A. (2011). Informe de interpretación: Area de estudio Litoral. Quito:
Sander Geophysics Limited-SGL.
Ceballos, F. (7 de Octubre de 2015). Prontubeam. Obtenido de Sifonamiento vrs Licuefacción:
http://www.prontubeam.com
Corominas, J. (1987). Criterios para la confección de mapas de peligrosidad de movimientos de
ladera. Madrid, España: IGME.
Demorales, F., & D'Ercole, R. (2001). Cartografía de riesgos y capacidades en el Ecuador. En
Diagnóstico previo a planes de intervención de las ONG's. Quito, Ecuador: COOPI,
OXFAM, SIISE.
Deniaud, Y. (1998). Evolución tectono-sedimentaria de las cuencas costeras neógenas del
Ecuador. Quito, Ecuador: Convenio Petroproducción / O.R.S.T.O.M.
Deniaud, Y. (2000). These: Enregistrements sedimentaire et structural de l'evolution
geodinamique des andes equatoriennes au cours du neogene: etude des bassins
d'avant-arc et bilans de masse. Grenoble: Université Joseph Fourier, IRD - Institut de
Recherche pour le Développement.
Egüez, A., Alvarado, A., & Yepes Hugo. (2003). Mapa de Fallas y Pliegues Cuaternarias de
Ecuador y Regiones Oceanicas Adyacentes. Quito, Ecuador: Proyecto en cooperación
U.S. Geological Survey y Escuela Politécnica Nacional.
Flores Naranjo, G. (2009). Geoprocesamiento satelital para la investigación superficial del
terreno en la provincia de Manabí. Quito, Ecuador: Servicio de publicaciones del
Instituto de Estudios del Petróleo - PETROECUADOR.
Glade, T., & Crozier, M. (2005). The nature of landslide hazard impact. New Zealand: Zeitschrift
für Geomorphologie.
González de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. (2002). Ingeniería geológica.
Madrid: Pearson Educación.
Guillier, B., Chatelain, J.-L., Jaillard, É., Yepes, H., Poupinet, G., & Fels, J.-F. (2001).
Seismological evidence on the geometry of the orogenic system in central-nothern
Ecuador (South America). Quito, Ecuador: Geophysical research letters.
Gutscher, M.-A., Malavieille, J., Lallemand, S., & Collot, J.-Y. (1999). Tectonic segmentation of
the North Andean margin: impact of the Carnegie Ridge collision. Earth and Planetary
Science Letters, 255-270.
74
Highland, L., & Bobrowsky, P. (2008). The landslide handbook - A guide to understanding
landslides (Vol. Circular 1325). Reston, Virginia: U. S. Geological Survey, Geological
Survey of Canada.
Instituto Nacional de Investigación Geológico M. M, León, E., Castillo, W., & Andagoya, E.
(2016, no publicado). Informe Técnico: Evaluación de las zonas inestables e inventario
de los movimientos en masa en los alrededores de la zona de embalse de la represa
Poza Honda, cantón Santa Ana, provincia de Manabí. Quito, Ecuador: INIGEMM.
Instituto Nacional de Vías. (1998). Manual de estabilidad de taludes. (J. Lemoine Garzón, Ed.)
Santafé de Bogotá, D. C.: Escuela colombiana de ingeniería.
Lavenu, A. (2000). La neotectónica: Ejemplos en el Ecuador. Francia: Pergamon.
Loachamín, R., Unda, E., & D.G.G.M. (1973). Mapa geológico de Portoviejo a la escala 1:50.000.
Quito: Dirección General de Geología y Minas.
López, F., & Mesones, G. (1991). Reconocimiento del terreno. En Insituto Tecnológico
GeoMinero de España, Manual de ingeniería geológica (pág. 6/2). Madrid: Ministerio
de industria y energía.
Luzieux, L., Heller, F., Spikings, F., Vallejo, C., & Winkler, W. (2006). Origin and Cretaceous
tectonic history of the coastal Ecuadorian forearc between 1°N and 3°S:
Paleomagnetic, radiometric and fossil evidence. Zürich, Switzerland: Earth and
Planetary Science Letters.
Michaud, F., Witt, C., & Royer, J. Y. (2009). Influence of the subduction of the Carnegie volcanic
ridge on Ecuadorian geology: Reality and fiction. Quito, Ecuador: The Geological
Society of America. doi:10.1130/2009.1204
Ministerio de Transporte y Obras Públicas. (2012). Informe ejecutivo: Estudio de la
rehabilitación, mejoramiento y mantenimiento de la vía Santa Ana - Poza Honda.
Portoviejo, Ecuador: Subsecretaría Regional 4. Supervisión de estudios viales R-4.
Montenegro, G., Berrones, G., & Vilema, W. (2005). Transpresión y transtensión en el
desarrollo de las cuencas costeras del Ecuador. Guayaqui, Ecuador: Centro de
investigaciones geológicas - Petroproducción.
Mora, R. (1993). Fundamentos sobre deslizamientos. Costa Rica: Escuela Centroamericana de
Geología.
Nocquet, J.-M., Villegas-Lanza, J., Chlieh, M., Mothes, P., Rolandone, F., Jarrín, P., . . . Yepes, H.
(2014). Motion of continental slivers and creeping subduction in the northern Andes.
Quito, Ecuador: Nature geoscience.
Norma Ecuatoriana de la Construcción. (2014). Cargas sísmicas y diseño sismo resistente. NEC-
SE-DS. Quito, Ecuador: Ministerio de desarrollo urbano y vivienda. Dirección de
comunicación social, MIDUVI.
75
Ortuño, L. (2004). Curso de Geotecnia para infraestructuras: Estabilidad de taludes en suelos -
Cálculo. Sevilla, España: Uriel y Asociados, S.A.
Pachacama, F. (2016). Análisis de susceptibilidad a fenómenos de remoción en masa (FRM):
derecho de vía, tramo cuatro OCP. Quito: Trabajo de Investigación: Universidad Central
del Ecuador.
Sander Geophysics Limited. (2011). Levantamiento aerogravimétrico y aeromagnetométrico de
alta resolución. Quito: SGL - Petroecuador.
Segovia, M., Alvarado, A., & Yepes, H. (2005). Análisis del campo de esfuerzos en el Ecuador en
base a mecanismos focales de sismos locales registrados entre 1999 y 2004. Quito,
Ecuador: Instituto geofísico, Escuela Politécnica Nacional.
Suarez Díaz, J. (1998). Caracterización de los movimientos. En Deslizamientos y estabilidad de
taludes en zonas tropicales (págs. 2-8). Bucaramanga: Instituto de Investigaciones
sobre Erosión y Deslizamientos.
Yugsi, F. (2013). Análisis de estabilidad I. Curso: Análisis y evaluación de la susceptibilidad y
amenaza por movimientos en masa. Quito.
88
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 4.735 2.56 1.232 0.764
Janbu Simplificado 4.688 2.534 1.221 0.756
Janbu Corregido 4.736 2.561 1.234 0.764
Spencer 4.829 2.597 1.216 0.76
GLE/Morgenstern-Price 4.695 2.536 1.221 0.756
Bishop Simplificado 3.004 2.024 0.989 0.707
Janbu Simplificado 2.779 1.988 0.917 0.693
Janbu Corregido 2.967 2.058 0.977 0.718
Spencer 3.005 2.027 1.001 0.709
GLE/Morgenstern-Price 3.008 2.027 0.998 0.71
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
PERFIL A
89
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 3.284 1.698 1.003 0.608
Janbu Simplificado 3.241 1.673 0.991 0.599
Janbu Corregido 3.282 1.695 1.005 0.607
Spencer 3.279 1.695 0.988 0.6
GLE/Morgenstern-Price 3.249 1.678 0.992 0.6
Bishop Simplificado 2.437 1.4 0.921 0.578
Janbu Simplificado 2.276 1.376 0.856 0.567
Janbu Corregido 2.42 1.427 0.91 0.586
Spencer 2.437 1.398 0.931 0.581
GLE/Morgenstern-Price 2.437 1.399 0.931 0.581
PERFIL B
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR
90
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 3.816 2.162 1.134 0.695
Janbu Simplificado 3.768 2.13 1.121 0.686
Janbu Corregido 3.811 2.155 1.134 0.694
Spencer 3.8 2.149 1.126 0.69
GLE/Morgenstern-Price 3.777 2.136 1.122 0.687
Bishop Simplificado 2.78 2.016 0.899 0.678
Janbu Simplificado 2.612 2.002 0.862 0.673
Janbu Corregido 2.779 2.047 0.909 0.689
Spencer 2.78 2.016 0.903 0.679
GLE/Morgenstern-Price 2.778 2.017 0.903 0.679
ROTURA
CIRCULAR
ROTURA
PLANA
PERFIL C
91
ROTURAMétodos de análisis de
estabilidad de taludesNF bajo NF alto
N.F. bajo +
C.S.
N.F. alto +
C.S.Bishop Simplificado 4.59 2.682 1.278 0.807
Janbu Simplificado 4.5 2.626 1.266 0.799
Janbu Corregido 4.575 2.669 1.287 0.812
Spencer 4.721 2.678 1.311 0.808
GLE/Morgenstern-Price 4.519 2.638 1.269 0.801
Bishop Simplificado 2.295 1.939 0.892 0.78
Janbu Simplificado 2.132 1.849 0.837 0.745
Janbu Corregido 2.274 1.947 0.889 0.785
Spencer 2.295 1.938 0.895 0.781
GLE/Morgenstern-Price 2.294 1.937 0.896 0.784
PERFIL D
ROTURA
PLANA
ROTURA
CIRCULAR