Plan de Manejo San Francisco (Trabajo de Grado_Adrian)

8/12/2019 Plan de Manejo San Francisco (Trabajo de Grado_Adrian)

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PlPlan de Manejo Integral para la Mit igacin del Riesgo Geolgico queafecta al sector L as Lomas del barr io San F rancisco de la ciudad de

Cartagena.

Cartagena de Indias D.T. y C., 29 de Enero de 2013

Comit

INVESTIGACIN Y PROYECTOS DE GRADO

Facultad de Ingeniera

Programa de Ingeniera Civil

Cordial saludo,

Muy respetuosamente me remito a ustedes con el objetivo de presentar el Trabajo de Grado

titulado PLAN DE MANEJO INTEGRAL PARA LA MITIGACIN DEL RIESGO

GEOLOGICO QUE AFECTA EL SECTOR LAS LOMAS DEL BARRIO SAN FRANCISCO

EN LA CIUDAD DE CARTAGENA, elaborado por el estudiante Adrian Restrepo Surez,

a quien he dirigido durante todo el estudio, para la aprobacin, correccin y evaluacin por

parte del presente comit.

Atentamente,

Guilliam Barboza Miranda, MgDocente Programa de Ingeniera CivilDirector de Tesis


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Cartagena.

Cartagena de Indias D.T. y C., 29 de Enero de 2013

Comit

INVESTIGACIN Y PROYECTOS DE GRADO

Facultad de Ingeniera

Programa de Ingeniera Civil

Cordial saludo,

Estoy remitiendo mi Trabajo de Grado titulado PLAN DE MANEJO INTEGRAL PARA LA

MITIGACIN DEL RIESGO GEOLOGICO QUE AFECTA EL SECTOR LAS LOMAS DEL

BARRIO SAN FRANCISCO EN LA CIUDAD DE CARTAGENA, para su respectiva

evaluacin. Espero me comuniquen su decisin pronto.

Atentamente,

ADRIAN RESTREPO SUREZ

Cdigo: 0210510002


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Cartagena.

PLAN DE MANEJO INTEGRAL PARA LA MITIGACIN DEL RIESGOGEOLOGICO QUE AFECTA EL SECTOR LAS LOMAS DEL BARRIO SAN

FRANCISCO EN LA CIUDAD DE CARTAGENA

ADRIAN RESTREPO SUREZ

UNIVERSIDAD DE CARTAGENAFACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL

CARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C.

2013


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Plan de Manejo Integral para la Mit igacin del Riesgo Geolgicoque afecta al sector Las Lomas del bar ri o San F rancisco de la

ciudad de Cartagena.

Nota de aceptacin:

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_______________________________MODESTO BARRIOS

Presidente del comit

_______________________________ALVARO COVO

Evaluador

_______________________________MODESTO BARRIOS

Evaluador

_______________________________GUILLIAM BARBOZA

DirectorCartagena de Indias D. T y C., Enero de 2013


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DEDICATORIA

La verdad es que me qued sin nadie

en especial a quien dedicarle este proyecto

pero me gustara que fuera por y para la

gente de San Francisco.

Adrian Restrepo Surez


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AGRADECIMIENTOS

DOCENTES

Guilliam Barboza Miranda, M. Sc. Docente de Ingeniera Civil. Director de Tesis de Grado.

Graciela Torres Torres. Jefe del Departamento Acadmico del Programa.

Javier Mouthon, Ph. D. Docente de Ingeniera Civil.

COLABORADORES

Eduardo Castro Barrios. Ingeniero Civil.

Robert Luna. Ingeniero Civil.

Rubn Aguilar. Ingeniero Civil.

Felipe Angulo. Ingeniero Civil.

Jaime Andrs Mercado Martnez Aparicio. Ingeniero Civil.

FAMILIARES Y AMIGOS

A toda mi familia y amigos.


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4.3.5.4.BIOTECNOLOGA YBIOINGENIERA....................................................................... 414.4.INDICADORESDEFUNCIONAMIENTODELPLANDEMANEJO ..................... 43

5. METODOLOGA ...................................................................................................... 48

5.1 RECOPILACINDELAINFORMACINEXISTENTE ....................................... 495.2 DIAGNSTICOPRELIMINARDELAZONADEESTUDIO ............................... 555.3 TRABAJOENCAMPO ........................................................................................... 555.4 ANLISISYDIGITALIZACINDELAINFORMACIN ................................... 555.5 CARACTERIZACINDELAZONADEESTUDIO .............................................. 565.6 ANLISISDEVULNERABILIDAD ...................................................................... 565.7 EVALUACINDELRIESGO ................................................................................ 575.8 ANLISISDEALTERNATIVASPARAMITIGACINDELRIESGOYDISEOSDELASMEDIDASMSFAVORABLES ...................................................................... 575.9 DISEOCONCEPTUALDEOBRASCIVILES ..................................................... 58

6. RESULTADOS ......................................................................................................... 59

6.1. RECOPILACINDELAINFORMACINEXISTENTE ....................................... 596.1.1.TOPOGRAFA........................................................................................................... 596.1.2.MODELO TRIDIMENSIONAL...................................................................................... 606.1.3.CAMBIOS URBANSTICOS O PAISAJSTICOS EN LA ZONA DE ESTUDIO........................... 626.1.4.GEOLOGA,GEOMORFOLOGA Y CARACTERIZACIN GEOTCNICA.............................. 686.1.4.1.GEOLOGA............................................................................................................ 68

6.1.4.2.GEOMORFOLOGA................................................................................................. 706.1.4.3.EXPLORACIN DEL SUELO..................................................................................... 716.1.4.4.MODELO GEOLGICO-GEOTCNICO...................................................................... 726.1.4.5.ZONIFICACIN GEOTCNICA.................................................................................. 766.1.5.HIDROLOGA........................................................................................................... 786.1.6.CONSIDERACIONES GENERALES ACERCA DE LA SISMICIDAD DEL REA DE ESTUDIO.... 816.1.7.ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES................................................................... 816.1.8.ANLISIS DE SUSCEPTIBILIDAD,AMENAZA,VULNERABILIDAD Y RIESGO POR MEDIO DESISTEMAS DE INFORMACIN GEOGRFICA. ......................................................................... 966.2. DIAGNSTICOPRELIMINARDELAZONADEESTUDIO ............................... 996.2.1.FACTORES CONTRIBUYENTES A LOS MOVIMIENTOS EN MASA OCURRIDOS ENSAN

FRANCISCO. .................................................................................................................... 1006.2.1.1.PRECIPITACIONES DEBIDAS AL FENMENO DE LA NIA DURANTE EL PERIODOCORRIDO ENTRE JUNIO DE 2010Y DICIEMBRE DE 2011. .................................................... 1006.2.1.2.CAMBIOS HIDROGEOLGICOS EN LA ZONA ESTUDIO POR EFECTOS ANTRPICOS. .... 1016.2.1.3.SUPERPOSICIN DE GRIETAS Y CUENCAS HIDROLGICAS. ..................................... 1026.2.1.4.MALA DISPOSICIN DE RESIDUOS SLIDOS(BASUREROS ESCOMBROS)Y AUMENTO ENLA COBERTURA VEGETAL. ............................................................................................... 103


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6.2.1.4.FUGAS Y FILTRACIONES DE LAS REDES DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO. ....... 1036.3. TRABAJOENCAMPO ......................................................................................... 1046.4. CARACTERIZACINDELAZONADEESTUDIO ............................................ 105

6.5. ANLISISDEVULNERABILIDAD .................................................................... 1086.6. EVALUACINDELRIESGO .............................................................................. 1086.7. ANLISISDEALTERNATIVASPARAMITIGACINDELRIESGOYDISEOSDELASMEDIDASMSFAVORABLES .................................................................... 1096.7.1.ALTERNATIVA 1(EVACUACIN) ............................................................................ 1096.7.2.ALTERNATIVA 2(ESTABLECIDA EN EL CONVENIO INTERADMINISTRATIVO) ............. 1126.7.3.ALTERNATIVA 3(ESTABLECIDA POR AUTOR).......................................................... 1146.8. DISEOCONCEPTUALDEOBRASCIVILES ................................................... 116

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 122

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................ 128


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LISTA DE CUADROS

Cuadro 1. Escalas recomendadas para la zonificacin de amenaza a deslizamientos ..........11 Cuadro 2. Mtodos de anlisis de estabilidad de taludes ....................................................12Cuadro 3. Listado de tablas para clculo de estabilidad de taludes .....................................17Cuadro 4. Mtodos de prevencin de la amenaza o el riesgo .............................................28Cuadro 5. Mtodos de elusin de amenazas de deslizamientos ..........................................29Cuadro 6. Mtodos de conformacin topogrfica para equilibrar fuerzas ...........................30Cuadro 7. Mtodos de recubrimiento de la superficie del talud ..........................................30Cuadro 8. Mtodos de control de agua y presin de poros. ................................................31 Cuadro 9. Mtodos de estructuras de contencin ...............................................................32Cuadro 10. Mtodos para mejorar la resistencia del suelo..................................................33Cuadro 11. Criterios para seleccionar un factor de seguridad para diseo de taludes. .........34Cuadro 12. Relacin de Informacin suministrada por entidades pblicas .........................50Cuadro 13. Parmetros de resistencia al corte C y para anlisis de estabilidad encondicin actual de laderas en el sector Las Lomas de barrio San Francisco. .....................83Cuadro 14. Calificacin de la estabilidad ..........................................................................97Cuadro 15. Parmetros Intrnsecos y Detonantes ...............................................................97Cuadro 16. Puntajes de Susceptibilidad y Amenaza...........................................................98Cuadro 17. Precipitaciones promedios mensuales, aos 2010 y 2011 .............................. 101Cuadro 18. Resumen alternativa 1. .................................................................................. 111Cuadro 19. Resumen alternativa 2. .................................................................................. 113Cuadro 20. Resumen alternativa 3. .................................................................................. 115


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Figura 35. Drenaje superficial en el sector de San Francisco .............................................80Figura 36. Delimitacin de microcuencas en el rea de estudio .........................................80Figura 37. Perfiles tpicos considerados para el anlisis de estabilidad. .............................82

Figura 38. Anlisis esttico del perfil estratigrfico N1. ...................................................84Figura 39. Anlisis dinmico del perfil estratigrfico N1. ................................................85Figura 40. Anlisis esttico del perfil estratigrfico N2. ...................................................86Figura 41. Anlisis dinmico del perfil estratigrfico N2. ................................................87Figura 42. Anlisis esttico del perfil estratigrfico N3. ...................................................88Figura 43. Anlisis dinmico del perfil estratigrfico N3. ................................................89Figura 44. Anlisis esttico del perfil estratigrfico N4. ...................................................90Figura 45. Anlisis dinmico del perfil estratigrfico N4. ................................................91Figura 46. Anlisis esttico del perfil estratigrfico N5. ...................................................92Figura 47. Anlisis dinmico del perfil estratigrfico N5. ................................................93Figura 48. Anlisis esttico del perfil estratigrfico N6. ...................................................94

Figura 49. Anlisis dinmico del perfil estratigrfico N6. ................................................95Figura 50. Estado de inestabilidad (Riesgo) en la zona. .....................................................98Figura 51. Grietas Vs Cuencas ........................................................................................ 102Figura 52. Estado de la ladera. ........................................................................................ 105Figura 53. Zonificacin del rea de estudio. .................................................................... 106Figura 54. Zona Recomendada para evacuar ................................................................... 110Figura 55. Planta general de obras de la alternativa 3. ..................................................... 117Figura 56. Obras de drenaje del convenio. ....................................................................... 118Figura 57. Obras de refuerzo del suelo mediante pantalla piloteada. ................................ 118Figura 58. Localizacin de Inclinmetros y piezmetros a instalar. ................................. 121


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RESUMEN

Los escenarios de riesgo geolgico que originan desastres naturales, muertes y perdidas

econmicas son causados por actividades humanas que alteran la normalidad y equilibrio

del ambiente, entre las que se tienen la explotacin errnea e irracional de los recursos

naturales renovables como los bosques y el suelo y no renovables como los minerales, los

cambios en los drenajes naturales, la construccin en zonas de ladera de alta pendiente o

cualquier otra amenaza geolgica, entre otras. Sin embargo para activar estos escenarios de

riesgo y convertirlos en catstrofes es necesario llevarlos a una condicin que supere su

estado de equilibrio lmite.

En virtud a estos cambios que generan escenarios de riesgo se deben elaborar planes de

prevencin y control para recuperar y mejorar su condicin de estabilidad. El caso del

barrio San Francisco en donde la poblacin se vio afectada por fenmenos de remocin en

masa producto de la alteracin en las condiciones naturales de la zona y la llegada de la

temporada invernal intensificada por el fenmeno de la Nia, es un claro ejemplo de la falta

de planes de prevencin en el distrito, y la falta de una poltica definida para la creacin de

dichos planes; por est razn es pertinente elaborar planes de manejo para la mitigacin del

riesgo, que garanticen el control de las condiciones desfavorables e impidan la propagaciny ocurrencia de desastres.

Para elaborar el plan de manejo de San Francisco fue necesaria una fase investigativa para

determinar causas y condiciones naturales y otra exploratoria en donde se definieron

consecuencias, factores contribuyentes y eventos detonantes; as se defini un plan integral

que contrarrestar la condicin de riesgo, el mismo consta de dos mtodos, uno de elusin

de la amenaza a travs de la evacuacin de la zona y el otro de estabilizacin a travs de

obras de drenaje, perfilamiento del terreno y obras de contencin.

Este plan de manejo se puede utilizar en cualquier lugar del distrito, donde no se pretenda

recuperar urbansticamente sino crear reas de proteccin, pues es econmico y garantiza la

condicin de equilibrio y/o estabilidad para este uso.


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ABSTRACT

Geological risk scenarios that cause natural disasters, deaths and economic losses are

caused by human activities that alter the normal balance and the environment, among which

are erroneous and irrational exploitation of renewable natural resources such as forests and

soil as nonrenewable minerals, changes in natural drainage, construction in areas of high

slope or other geological threat, among others. However, to enable these scenarios and turn

them into disaster risk must take them to a condition that exceeds its limit equilibrium state.

Under these changes that generate risk scenarios should be developed for prevention and

control plans for restoring and improving its stability condition. The case of San Francisco

neighborhood where the population was affected by landslide phenomena result of thealteration in the natural conditions of the area and the arrival of the winter season

intensified by the La Nina phenomenon, is a clear example of lack of prevention plans in

the district, and the lack of a clear policy for the creation of these plans, which is why it is

appropriate to develop management plans for risk mitigation, to ensure control and prevent

unfavorable propagation and disasters.

To develop the management plan of San Francisco was necessary investigative phase to

determine causes and natural conditions and other exploratory where defined consequences,

contributing factors and trigger events, and defined a comprehensive plan that will counter

the risk condition, the same There are two methods, one of circumvention of the threat

through the evacuation of the area and the other stabilization through drainage, terrain

profiling and containment works.

This management plan can be used anywhere in the district, where it is intended to recover

urbanistically but establishing areas because it is economical and ensures equilibrium

condition and / or stability for this use.


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Plan de Manejo I ntegral para la M iti gacin del Ri esgo

Geolgico que afecta al sector Las Lomas del barr io SanF rancisco de la ciudad de Cartagena.

1. INTRODUCCIN

Como resultado de las inexistentes polticas para la prevencin, control y atencin dedesastres en nuestro distrito, se han observado los casos ocurridos en Manzanares, Nueva

Granada, Nueve de Abril, Piedra Bolvar, Rincn Guapo, Loma del Diamante, San

Francisco entre otros, donde los fenmenos de remocin en masa han ocasionado perdidas

econmicas e inmateriales a los habitantes de estos lugares. Sin duda el caso ms relevante

fue el del barrio San Francisco en donde ms de 1200 familias que vivan en las 11 ha

comprendidas entre los sectores Las Lomas, el Guerrero y Tanque fueron evacuadas de sus

viviendas por este tipo de desastre natural, as mismo producto de las fallas ocasionadas en

el terreno luego de ocurridos los movimientos, vemos que los sectores aledaos como San

Bernardo, 20 de Julio y La Paz se encuentran expuestos al riesgo debido a la propagacin

de estos movimientos.

En el caso particular de San Francisco se realizaron actividades pertinentes para la

reduccin del riesgo, las cuales consistieron en la elusin de la amenaza, pero dichas

actividades no satisfacen las necesidades de la zona ya que los movimientos en masa al no

ser controlados mediante obras de contencin y drenaje, han mostrado una tendencia a lapropagacin hacia la va de acceso principal, hacia la calle los fundadores y hacia los

sectores de La Paz y San Bernardo, presentando una amenaza inminente ante la futura

llegada de inviernos recrudecidos por fenmenos atmosfricos, se establece en este sentido

que los habitantes de los sectores aledaos al rea afectada en San Francisco se encuentran

en riesgo potencial ante los fenmenos de remocin en masa.

Considerando la problemtica existente en San Francisco este proyecto plantea la

realizacin de un plan de manejo para la mitigacin del riesgo geolgico en las once

hectreas afectadas de manera que se eviten o impidan futuras catstrofes en la zona de

estudio y en las zonas aledaas. El desarrollo del plan de manejo consiste en el conjunto de

actividades a realizar que den solucin a los factores contribuyentes a la situacin de riesgo


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como son el deterioro del ecosistema (variacin en cuencas, vegetacin, topografa, etc) por

el efecto antrpico, y otras eventualidades ocasionadas por la mala disposicin de los

recursos y residuos.

El plan empleado en San Francisco puede servir de base para futuras investigaciones en el

campo del control de desastres y reduccin del riesgo ante amenazas naturales, as como

para elaborar polticas de prevencin y atencin para emergencias relacionadas con

fenmenos de remocin en masa.


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2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Elaborar un plan de manejo integral para la mitigacin del riesgo geolgico que afecta al

sector las lomas del barrio San Francisco de la ciudad de Cartagena, a partir de la

determinacin, anlisis y evaluacin de los escenarios de riesgo geolgico.

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Evaluar el grado de vulnerabilidad corporal y estructural a los diferentes tipos de

geoamenazas, que afectan las viviendas e infraestructura existente, en el sector del

estudio y en sus inmediaciones.

Determinar la amenaza geolgica a la cual se encuentra sometida el rea de estudio.

Definir y analizar los escenarios de riesgo geolgico que se puedan localizar en el

sitio del estudio.

Elegir la alternativa optima de ejecucin a implementar para la mitigacin del riesgo

geolgico presente en el sector.

Disear conceptualmente las obras civiles planteadas en la alternativa a

implementar para la mitigacin del riesgo.


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3. ALCANCE

Mediante el anlisis y caracterizacin de la informacin recolectada, se determin el factorde amenaza geolgica, el grado de susceptibilidad a los fenmenos denudativos y la

vulnerabilidad que presenta el sector Las Lomas del barrio San Francisco en la ciudad de

Cartagena, en un total aproximado de 11 ha, que comprenden la zona de mayor problema

tanto en erosin como en remocin en masa.

Se evaluaron las condiciones del medio que conllevaron a la determinacin del riesgo

conceptual (posibles heridos, vctimas mortales y prdidas inmobiliarias), para establecer

medidas correctivas o alternativas de solucin que mitiguen el riesgo geolgico,

garantizando la estabilidad de las zonas comprometidas y/o salvaguardando el patrimonio

material e inmaterial de los habitantes del sector y sus cercanas.

El presente proyecto se enfoca en un escenario que consta de las siguientes

consideraciones:

1. El rea de estudio no se volver a utilizar como rea urbanizable, s no como un

rea de proteccin y/o control ambiental.

2. Se cuenta con los escenarios de riesgo geolgico, entonces se comenzar por

evaluar y corregir toda la informacin que llevo a la determinacin de los mismos,

para la evaluacin se utilizarn dos mtodos para la obtencin del factor de

seguridad.

3. Se establecer una valoracin a los escenarios de riesgo geolgico que sirva de

criterio para la escogencia de las alternativas de mitigacin de riesgo.

4.

El plan de mitigacin integral contendr todas las alternativas viables que asegurenla mitigacin del riesgo geolgico, pues neutralizarn los factores contribuyentes

asociados a los fenmenos de remocin en masa.


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4. MARCO TEORICO

4.1. LOCALIZACIN

4.1.1. Sector Las Lomas del barrio San Francisco en la ciudad de Cartagena de Indias.

Teniendo en cuenta la informacin primaria recopilada en campo, se pudo establecer que la

zona de influencia del estudio est conformada por cinco sectores a saber: Lomas de San

Francisco, frica, San Jos, Pista y Poza. El rea comenz a ser urbanizada alrededor de

los aos 60 (1963) con la primera etapa de la urbanizacin San Francisco, promovido y

ejecutado por el Instituto de Crdito Territorial.

El sector las Lomas se localiza hacia nororiente del Cerro de La Popa, en el Barrio San

Francisco de la ciudad de Cartagena de Indias D.T. y C., es aledao al Sector Guerrero y

puede ser referenciado respecto a: el puesto de salud de la Cruz Roja, el biblioparque y el

centro de vida del barrio en mencin.

4.1.2. Delimitacin del rea de estudio dentro del sector las Lomas.

La zona de estudio se localiza en el sector las Lomas del barrio San Francisco, comprende

un total aproximado de 11 ha, estudiadas por la Universidad de Cartagena mediante el

convenio interadministrativo titulado Evaluacin Geotcnica y Diseos de Obras de

Estabilizacin en las laderas del Sector Nororiental del Cerro de la Popa, Sector Las

Lomas, en el barrio San Francisco, Casco urbano de Cartagena, el proyecto se centra

en esta zona por sus avanzados problemas de erosin y remocin en masa, los cuales se han

propagado con este sector como epicentro, por lo que se ha venido aumentando el rea enriesgo. De este modo s es posible controlar o mitigar la problemtica de la zona, se

garantizar la seguridad de los sectores aledaos.


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4.2. NOMENCLATURA DE LOS MOVIMIENTOS EN MASA

Antes de comenzar con el anlisis de los elementos necesarios para la elaboracin de un

plan de manejo para la mitigacin del riesgo geolgico, en este caso para la proteccin delos elementos susceptibles o expuestos a fenmenos de remocin en masa, es relevante

conocer de manera general la tipologa y componentes de dichos fenmenos.

Segn Surez, los procesos geotcnicos activos de los taludes y laderas corresponden

generalmente, a movimientos hacia abajo y hacia afuera de los materiales que conforman

un talud de roca, suelo natural o relleno, o una combinacin de ellos. Los movimientos

ocurren generalmente, a lo largo de superficies de falla, por cada libre, erosin o flujos.

Algunos segmentos del talud o ladera pueden moverse hacia arriba, mientras otros se

mueven hacia abajo.

En la figura 1 se muestra un deslizamiento o movimiento en masa tpico, con sus diversas

partes cuya nomenclatura es la siguiente:

Figura 1. Morfologa de un movimiento en masa

Fuente: Surez, 1998.


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Escarpe principal: Corresponde a una superficie muy inclinada a lo largo de la periferia

del rea en movimiento, causado por el desplazamiento del material fuera del terreno

original. La continuacin de la superficie del escarpe dentro del material forma la

superficie de falla.

Escarpe secundario: Una superficie muy inclinada producida por desplazamientos

diferenciales dentro de la masa que se mueve.

Cabeza: Las partes superiores del material que se mueve a lo largo del contacto entre el

material perturbado y el escarpe principal.

Cima: El punto ms alto del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal.

Corona: El material que se encuentra en el sitio, prcticamente inalterado y adyacente a

la parte ms alta del escarpe principal.

Superficie de falla: Corresponde al rea debajo del movimiento que delimita el volumen

de material desplazado. El volumen de suelo debajo de la superficie de falla no se

mueve.

Pie de la superficie de falla: La lnea de interceptacin (algunas veces tapada) entre la

parte inferior de la superficie de rotura y la superficie original del terreno.

Base. El rea cubierta por el material perturbado abajo del pie de la superficie de falla. Pata o ua: El punto de la base que se encuentra a ms distancia de la cima.

Costado o flanco: Un lado (perfil lateral) del movimiento.

Superficie original del terreno: La superficie que exista antes de que se presentara el

movimiento.

Derecha e izquierda: Para describir un deslizamiento se prefiere usar la orientacin

geogrfica, pero si se emplean las palabras derecha e izquierda debe referirse al

deslizamiento observado desde la corona mirando hacia el pie.


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4.3. CRITERIOS BASICOS PARA LA ELABORACIN DEL PLAN DE MANEJO

INTEGRAL

Para realizar el plan integral de mitigacin de riesgo es necesario realizar la evaluacin yanlisis de los escenarios de riesgo y mediante la escogencia de un factor de seguridad para

el suelo y tomar las correcciones necesarias considerando los factores contribuyentes a los

fenmenos denudativos.

Dentro de los conceptos que se deben manejar para la elaboracin de un plan de mitigacin

del riesgo geolgico, se debe aclarar que lo importante es determinar la estabilidad del

talud, asociar dicha estabilidad a todas las caractersticas intrnsecas del suelo, que

combinadas con los agentes externos o de exposicin del terreno (llamados tambin

factores detonantes) produce una condicin de riesgo, luego de manejar dicha relacin se

tratan cada una de las causas de posibles desastres y a medida de la necesidad se toman los

correctivos pertinentes, eso es bsicamente un plan de mitigacin, claro que su

complejidad, eficacia y eficiencia depender de los recursos econmicos disponibles y el

control por parte de las entidades gubernamentales.

4.3.1. Evaluacin de la estabilidad de un talud

La estabilidad de un talud natural de corte o relleno comnmente se evala mediante

mtodos de estabilidad basados en el equilibrio lmite del suelo. Estos mtodos toman en

cuenta los factores principales que influyen en la resistencia del suelo o masa rocosa. La

cuantificacin de la estabilidad de un talud se basa en el concepto de factor de seguridad;

ms adelante se hace una breve descripcin del concepto del factor de seguridad, la

determinacin o estimacin de los parmetros de resistencia y los mtodos de anlisis.1

1SUREZ DAZ, Jaime. Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales, Ediciones UIS.

Bucaramanga, Colombia. 1998.


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4.3.1.1. Concepto del factor de seguridad

Se define como el cociente entre la resistencia al corte del suelo o roca a lo largo de una

superficie de falla y los esfuerzos de corte que tienden a producir deslizamiento a lo largo

de esa superficie de falla (Craig, 1986).2

La tarea del ingeniero encargado de realizar o calcular la estabilidad de un talud es

determinar el factor de seguridad. El cual se define como:

Ecuacin 1. Factor de Seguridad

d

f

sFS

Donde

sFS = Factor de Seguridad con respecto a la resistencia

f = Resistencia cortante promedio del suelo

d = Esfuerzo cortante promedio desarrollado a lo largo de la superficie potencial de

FallaLa resistencia cortante de un suelo consta de dos componentes, la cohesin y la friccin, y

se expresa como:

Ecuacin 2. Resistencia cortante del suelo

f = c + 'tan

Donde:

c = cohesin

' = esfuerzo normal efectivo sobre la superficie normal de falla= ngulo de friccin drenada




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Y adicionalmente:

Ecuacin 3. Esfuerzo cortante promedio desarrollado a lo largo de la superficie potencial de falla

d= cd+ `tandDonde cdy dson, la cohesin efectiva y el ngulo de friccin que se desarrolla a lo largo

de la superficie potencial de falla. Sustituyendo las ecuaciones 2 y 3 en la ecuacin 1,

obtenemos:

Ecuacin 4. Factor de seguridad respecto a propiedades del suelo

dd

sc

cFS

tan'

tan'

Podemos ahora introducir algunos otros aspectos del factor de seguridad, es decir, el factor

de seguridad con respecto a la cohesin FSy se definen como sigue:

Ecuacin 5. Factor de seguridad respecto a la cohesin

d

cc

cFS

Ecuacin 6. Factor de seguridad respecto a la cohesin

d

FS

tan

tan

Cuando se comparan las ecuaciones 4, 5 y 6, vemos que cuando FScse vuelve igual a FS,

se es el factor de seguridad con respecto a la resistencia. O si

Podemos escribir:

Ecuacin 7. Equivalencias del Factor de Seguridad

FSs = FSc= FS


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Cuando FSs= 1, el talud est en un estado de falla inminente. Un valor de1.5 para el factor

de seguridad con respecto a la resistencia es aceptable para un talud estable como se explica

detalladamente en el Cuadro 1.Cuadro 1. Escalas recomendadas para la zonificacin de amenaza a deslizamientos

Condicin Amenaza Factores de SeguridadEstticos

Factores de seguridaddinmicos

Estable Baja Mayores a 1.5 Mayores de 1.15Crtica Moderada 1.2 a 1.5 1.0 a 1.15

Inestable Alta Menores de 1.2 Menores de 1.0

Fuente: Surez, 1998

4.3.1.2. Equilibrio limite y factor de seguridad

El anlisis de los movimientos de los taludes o laderas durante muchos aos se ha realizado

utilizando las tcnicas del equilibrio lmite. Este tipo de anlisis requiere informacin sobre

la resistencia del suelo, pero no se requiere sobre la relacin esfuerzo-deformacin.

El sistema de equilibrio lmite supone que en el caso de una falla, las fuerzas actuantes y

resistentes son iguales a lo largo de la superficie de falla equivalentes a un factor de

seguridad de 1.0.El anlisis se puede realizar estudiando directamente la totalidad de la longitud de la

superficie de falla o dividiendo la masa deslizada en tajadas o dovelas. Cada da se han

mejorado los sistemas de dovelas desarrollados a inicios del siglo XX y existe Software

muy fcil de utilizar. Generalmente, los mtodos son de iteracin y cada uno de los

mtodos posee un cierto grado de precisin. 3

Manejando este concepto de equilibrio limite Surez nos muestra un cuadro resumen (Ver

Cuadro 2.) de los diferentes mtodos de clculos para el factor de seguridad partiendo de

forma de la superficie de falla y su criterio de anlisis.

3SUREZ DAZ, Jaime. Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales, Ediciones UIS.Bucaramanga, Colombia. 1998.


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Plan de Manejo I ntegral para la M iti gacin del Riesgo Geolgico que afecta al sector LasLomas del barr io San F ranci sco de la ciu dad de Cartagena.

Cuadro 2. Mtodos de anlisis de estabilidad de taludes

Mtodo Superficies de falla Equilibrio Caractersticas

Ordinario o deFellenius (Fellenius

1927)

Circulares De fuerzas

Este mtodo no tiene en cuenta las fuerzas entre las

dovelas y no satisface equilibrio de fuerzas, tanto para la

masa deslizada como para dovelas individuales. Sin

embargo, este mtodo es muy utilizado por su

procedimiento simple. Muy impreciso para taludes planos

con alta presin de poros. Factores de seguridad bajos.

Bishop simplificado

(Bishop 1955)Circulares De momentos

Asume que todas las fuerzas de cortante entre dovelas son

cero. Reduciendo el nmero de incgnitas. La solucin

es sobredeterminada debido a que no se establecen

condiciones de equilibrio para una dovela.

Janb Simplificado

(Janb 1968)

Cualquier forma de

superficie de falla.De fuerzas

Al igual que Bishop asume que no hay fuerza de cortante

entre dovelas. La solucin es sobredeterminada que nosatisface completamente las condiciones de equilibrio de

momentos. Sin embargo, Janb utiliza un factor de

correccin Fo para tener en cuenta este posible error. Los

factores de seguridad son bajos.

Sueco Modificado. U.S.

Army Corps of

Engineers (1970)

Cualquier forma de

la superficie de

falla.

De fuerzas

Supone que las fuerzas tienen la misma direccin que la

superficie del terreno. Los factores de seguridad son

generalmente altos.


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Pl

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Plan de Manejo In tegral para la M iti gacin del Riesgo Geolgico

que afecta al sector L as Lomas del barri o San F rancisco de laciudad de Cartagena.

Mtodo Superficies de falla Equilibrio Caractersticas

Sarma (1973)

Cualquier forma de

la superficie de

falla.

Momentos y fuerzas

Asume que las magnitudes de las fuerzas verticales

siguen un sistema predeterminado. Utiliza el mtodo de

las dovelas para calcular la magnitud de un coeficiente

ssmico requerido para producir la falla. Esto permite

desarrollar una relacin entre el coeficiente ssmico y el

factor de seguridad. El factor de seguridad esttico

corresponde al caso de cero coeficiente ssmico. Satisface

todas las condiciones de equilibrio; sin embargo, la

superficie de falla correspondiente es muy diferente a la

determinada utilizando otros procedimientos ms

convencionales.

Elementos finitos

Cualquier forma de

la superficie defalla.

Analiza esfuerzos y

deformaciones.

Satisface todas las condiciones de esfuerzo. Se obtienen

esfuerzos y deformaciones en los nodos de los elementos,pero no se obtiene un factor de seguridad.

Espiral logartmica Espiral logartmica Momentos y fuerzas.Existen diferentes mtodos con diversas condiciones de

equilibrio.

Fuente: Surez, 1998


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Plan de Manejo Integral para la M it igacin del Riesgo Geolgico

que afecta al sector Las Lomas del bar r io San F rancisco de la

ciudad de Carta ena.

El Factor de Seguridad es empleado por los Ingenieros para conocer cul es el factor de

amenaza de que el talud falle en las peores condiciones de comportamiento para el cual se

disea. Fellenius (1927) present el factor de seguridad como la relacin entre la resistencia

al corte real, calculada del material en el talud y los esfuerzos de corte crticos que tratan deproducir la falla, a lo largo de una superficie supuesta de posible falla:

F.S. = Resistencia al corteEsfuerzo al cortante

En superficies circulares donde existe un centro de giro y momentos resistentes y actuantes:

F.S. = Momento resistenteMomento actuante

Existen, adems, otros sistemas de plantear el factor de seguridad, tales como la relacin de

altura crtica y altura real del talud y mtodo probabilstico.

La mayora de los sistemas de anlisis asumen un criterio de equilibrio lmite donde el

criterio de falla de Coulomb es satisfecho a lo largo de una determinada superficie.

Se estudia un cuerpo libre en equilibrio, partiendo de las fuerzas actuantes y de las fuerzas

resistentes que se requieren para producir el equilibrio. Calculada esta fuerza resistente, se

compara con la disponible del suelo o roca y se obtiene una indicacin del Factor de

Seguridad.

Otro criterio es el de dividir la masa a estudiar en una serie de tajadas, dovelas o bloques y

considerar el equilibrio de cada tajada por separado. Una vez realizado el anlisis de cada

tajada se analizan las condiciones de equilibrio de la sumatoria de fuerzas o de momentos.

F.S. = Resistencias al corteEsfuerzos al cortante


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4.3.2. Mtodos de anlisis del factor de seguridad

A continuacin se presentan algunos mtodos de anlisis universalmente conocidos para el

clculo del Factor de Seguridad.

4

4.3.2.1. Mtodo de tablas o nmero de estabilidad

Para taludes simples homogneos se han desarrollado tablas que permiten un clculo rpido

del Factor de Seguridad. Existe una gran cantidad de tablas desarrolladas por diferentes

Autores. La primera de ellas fue desarrollada por Taylor en 1937 y 1948, las cuales son

aplicables solamente para anlisis de esfuerzos totales, debido a que no considera presiones

de poro. Desde entonces varias tablas han sido sucesivamente presentadas por Bishop y

Morgenstern (1960), Hunter y Schuster (1968), Janb (1968), Morgenstern (1963), Spencer

(1967), Terzaghi y Peck (1967) y otros, las cuales se resumen en el cuadro 3.5

Estas tablas que Surez resume en su libro Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas

tropicales es de gran ayuda para determinar de manera rpida los factores de seguridad de

un talud sin conocer en detalle las caractersticas intrnsecas del mismo, entonces se podra

decir que este mtodo nos permite conocer una aproximacin o un anlisis preliminar de la

estabilidad del talud. Por lo tanto s se desea corroborar o conocer en realidad la condicin

de la ladera es necesario utilizar en su totalidad alguno de los mtodos definidos para el

clculo de la estabilidad del talud y de ser posible usar un sistema de informacin

geogrfica para catalogar y clasificar los resultados.

4SUREZ DAZ, Jaime. Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales, Ediciones UIS.Bucaramanga, Colombia. 1998.5SUREZ DAZ, Jaime. Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales, Ediciones UIS.Bucaramanga, Colombia. 1998.


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Cuadro 3. Listado de tablas para clculo de estabilidad de taludes

Autor Parmetros Inclinacinde talud

Mtodoanalticoutilizado

Observaciones

Taylor (1948) cuc,

0-90o0-90o

= 0Circulo defriccin

Anlisis no drenado.Taludes secos solamente.

Bishop yMorgenstern(1960)

c, ,ru 11-26.5o Bishop Primero en incluir efectos del

agua.

Gibsson yMorgenstern(1960)

cu 0-90o = 0 Anlisis no drenado con cero

resistencia en la superficie y cuaumenta linealmente con laprofundidad.

Spencer (1967) c, ,ru 0-34o Spencer Crculos de pie solamente.

Janb (1968) cuc, ,ru

0-90o = 0Janb GPS

Una serie de tablas paradiferentes efectos de movimientode agua y grietas de tensin.

Hunter ySchuster (1968)

cu 0-90o = 0 Anlisis no drenado con una

resistencia inicial en la superficiey cu aumenta linealmente con laprofundidad.

Chen y Giger(1971)

c, 20-90o Anlisis

lmiteOConnor y

Mitchell (1977)c, ,ru 11-26

o Bishop Bishop y Morgenstern (1960)

extendido para incluir Nc= 0.1Hoek y Bray(1977)

c, c,

0-90o

0-90oCrculo defriccinCua

Incluye agua subterrnea y grietas detensin.Anlisis de bloque en tresdimensiones.

Cousins (1978) c, 0-45o Crculo defriccin

Extensin del mtodo de Taylor(1948).

Charles ySoares (1984)

26-63o Bishop Envolvente de falla no lineal de

Mohr-Coulomb.Barnes (1991) c, , ru 11-63

o Bishop Extensin de Bishop yMorgenstern (1960) para unrango mayor de ngulos del talud.

Fuente: Surez, 1998

En la literatura existente del autor Jaime Surez Daz, se propone una serie desimplificaciones a los distintos mtodos de evaluacin de taludes.


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a.Para suelos = 0

Las tablas de Janb, disponibles en la literatura existente de Jaime Suarez Diaz, pueden ser

utilizadas para el anlisis de estabilidad de taludes de suelos arcillosos sin friccin, de

acuerdo a procedimiento desarrollado por Janb (1968).

El Factor de Seguridad se obtiene por la siguiente expresin:

F.S. =H

cNo

Donde:

No = Nmero de estabilidad que se obtiene de la tabla

c = Cohesin = Peso unitario del suelo

H = Altura del talud

b.Para suelos > 0

En la mayora de los casos para suelos > 0 el crculo crtico pasa por el pie del talud y la

tabla de estabilidad que se muestra en la figura 4.3 (Del texto gua de Surez), se basa en

esta suposicin. El factor de seguridad F es calculado por la expresin:

F =d

cfP

cN

Donde:

Ncf yPd son los obtenidos en la grfica y

c es la cohesin promedio

4.3.2.2. Mtodo del talud infinito

En las condiciones en las cuales se presenta una falla paralela a la superficie del talud, a una

profundidad somera y la longitud de la falla es larga comparada con su espesor, se puede


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utilizar en forma precisa aproximada, el anlisis de talud infinito. Es un sistema muy rpido

y sencillo para determinar el Factor de seguridad de un talud, suponiendo un talud largo

con una capa delgada de suelo, en el cual cualquier tamao de columna de suelo es

representativo de todo el talud como lo muestra la figura 2.6

Suposiciones:Suelo isotrpico y homogneoTalud infinitamente largoSuperficie de falla paralela al talud

Para un talud uniforme y relativamente largo, en el cual el mecanismo de falla esperado no

es muy profundo, los efectos de borde son despreciables y el Factor de Seguridad puede

calcularse para un talud infinito de una unidad de rea utilizando el criterio Mohr -

Coulomb.

Figura 2. Diagrama de anlisis, mtodo del talud infinito

Fuente: Surez Daz, Jaime, 1998.

F.S. =

Senh

TanCoshhC

Simplificando para un talud seco de suelos no cohesivos (C = 0)F.S. =

Tan

Tan



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El ngulo para factor de seguridad igual a 1.0 se le denomina ngulo de reposo.

4.3.2.3. Mtodo del bloque deslizante

El anlisis de bloque puede utilizarse cuando existe a una determinada profundidad, una

superficie de debilidad relativamente recta y delgada. La masa que se mueve puede

dividirse en dos o ms bloques y el equilibrio de cada bloque se considera

independientemente, utilizando las fuerzas entre bloques (Figura 3). No considera la

deformacin de los bloques y es til cuando existe un manto dbil o cuando aparece un

manto muy duro sobre el cual se puede presentar el deslizamiento. 7

En el caso de tres bloques, la cua superior se le llama cua activa y las otras dos, cua

central y pasiva, respectivamente. El factor de seguridad puede calcularse sumando las

fuerzas horizontales as:

F.S. =a

mm

P

tanuWLcPp ')('

Dnde:Pp = Fuerza pasiva producida por la cua inferior.Pa = Fuerza activa producida por la cua superior.

c'm = Cohesin efectiva del suelo blando en la base del bloque central.L = Longitud del fondo del bloque central.W= Peso total del bloque central.u = Fuerza total de poros en el fondo del bloque central.

m= Friccin del suelo en el fondo del bloque.



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Figura 3. Esquema del mtodo del bloque deslizante


Los valores de las presiones activas y pasivas pueden obtenerse utilizando las teoras de

presin de tierras de Rankine o de Coulomb, teniendo en cuenta el valor de la cohesin

movilizada. Una expresin similar tambin puede obtenerse para el caso cuando hay dos

bloques interrelacionados.8

4.3.2.4. Mtodo Ordinario o de Fellenius

Conocido tambin como mtodo Sueco, mtodo de las Dovelas o mtodo U.S.B.R. Este

mtodo asume superficies de falla circulares, divide el rea de falla en tajadas verticales,

obtiene las fuerzas actuantes y resultantes para cada tajada y con la sumatoria de estas

fuerzas obtiene el Factor de Seguridad.



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Las fuerzas que actan sobre una dovela (Figura 4) son:

a. El peso o fuerza de gravedad, la cual se puede descomponer en una tangente y una

normal a la superficie de falla.b. Las fuerzas resistentes de cohesin y friccin que actan en forma tangente a la

superficie de falla.

c. Las fuerzas de presin de tierras y cortante en las paredes entre dovelas, las cuales no son

consideradas por Fellenius, pero s son tenidas en cuenta en otros mtodos de anlisis ms

detallados.

Figura 4. Fuerzas que actan sobre una dovela en los mtodos de dovelas.


El mtodo de Fellenius calcula el Factor de seguridad con la siguiente expresin:

F.S. =

sen

])seccos(sec[

W

TanbuWbC

= Angulo del radio del crculo de falla con la vertical bajo el centroide en cada tajada.

W = Peso total de cada tajada.u = Presin de poros = wh w

b = Ancho de la tajada

C, = Parmetros de resistencia del suelo.


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4.3.2.5. Mtodo de Bishop

Bishop (1955) present un mtodo utilizando Dovelas y teniendo en cuenta el efecto de lasfuerzas entre las Dovelas.

La solucin rigurosa de Bishop es muy compleja y por esta razn se utiliza una versin

simplificada de su mtodo, de acuerdo a la expresin:

F.S. =

sen

]/)([

W

maTanbuWbC

Donde:

ma =

..1

SFTanTanCos

b = Ancho de la Dovela

W = Peso de cada dovela

C,= Parmetros de resistencia del suelo.

u = Presin de poros en la base de cada dovela = wx hw

= Angulo del radio y la vertical en cada dovela.9

4.3.2.6. Mtodo de Janb

Janb (1973) presenta un mtodo de Dovelas para superficies de falla curvas, no circulares.

De acuerdo con Janb (ecuacin modificada):

F.S. =

)(

cos

1

)(

tanW

maTanbuWbcfo

SUREZ DAZ, Jaime. Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales, Ediciones UIS.Bucaramanga, Colombia. 1998.9


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Donde o depende de la curvatura de la superficie de falla (figura 5).

Figura 5. Diagrama para determinar el factor o para el mtodo de Janb

Fuente: Surez Daz, Jaime, 1998

4.3.2.7. Comparacin de los diversos mtodos

La cantidad de mtodos que se utilizan, los cuales dan resultados diferentes y en ocasiones

contradictorios son una muestra de la incertidumbre que caracteriza los anlisis de

estabilidad.

Los mtodos ms utilizados por los ingenieros geotcnicos en todo el mundo son los

simplificados de Bishop y de Janb, los cuales en su concepcin terica no satisfacen

equilibrios de fuerzas o de momentos. Los valores de factores de seguridad que se obtienen


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por estos dos mtodos generalmente, difieren en forma importante de resultados utilizando

procedimientos que satisfacen el equilibrio, como son los mtodos de Spencer y de

Morgenstern-Price.10

Aunque una comparacin directa entre los diversos mtodos no es siempre posible, los

factores de seguridad determinados con el mtodo de Bishop difieren por aproximadamente

el 5% con respecto a soluciones ms precisas, mientras el mtodo simplificado de Janb

generalmente, subestima el factor de seguridad hasta valores del 30%, aunque en algunos

casos los sobrestima hasta valores del 5%. Esta aseveracin fue documentada por

Freddlund y Krahn (1977). Los mtodos que satisfacen en forma ms completa el

equilibrio son ms complejos y requieren de un mejor nivel de comprensin del sistema de

anlisis. En los mtodos ms complejos y precisos se presentan con frecuencia problemas

numricos que conducen a valores no realsticos de FS. Por las razones anteriores se

prefieren mtodos ms sencillos pero ms fciles de manejar como son los mtodos

simplificados de Bishop o de Janb.

4.3.2.8. Softwares para la determinacin del factor de seguridad

En la actualidad adems de los mtodos tradicionales existe software especializado endeterminar el factor de seguridad usando las metodologas de los mtodos antes

mencionados entre estos tenemos el GeoStudio, el PCSTABLE5M y algunas aplicaciones

del CIVIL3D.

Es importante aclarar que el software especializado, no es ms que una herramienta de

recopilacin de informacin, que luego de reconocer e identificar las caractersticas

principales de un talud, procede a utilizar uno de los mtodos anteriormente mencionados,

en especial por su facilidad en la programacin, grado de precisin, certeza y confiabilidad,

el mtodo ms implementado es el de Janb.

SUREZ DAZ, Jaime. Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales, Ediciones UIS.Bucaramanga, Colombia. 1998.10


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En el caso del GeoStudio, es un programa utilizado para determinar el factor de seguridad

de un talud o ladera. GeoStudio 2007 es una suite de aplicaciones para geotcnicos y geo-

ambientales desarrollado por GEO-SLOPE International11.

La metodologa que utiliza se resume en los siguientes pasos:

Especificar las opciones de anlisis, entre esas la implementacin o no de condiciones

ssmicas, el mtodo de anlisis y las superficies de falla.

Fijar el rea de trazado, unidades, la escala, la cuadrcula y los ejes.

Escoger la direccin del desplazamiento.

Dibujar las lneas de Suelo y la lnea piezomtrica (si la hay).

Definir las propiedades del suelo: Descripcin, Peso unitario, ngulo de friccin interna,Cohesin, y para sismo el Coeficiente de Poisson y el coeficiente amortiguamiento.

Dibujar el radio y la malla de la superficie de deslizamiento.

Para sismo se calculan los esfuerzos iniciales estticos y dinmicos.

Clculo de factores de seguridad (FS).

Generacin de las superficies de falla y presentacin grfica de resultados.

El GeoStudio al igual que la mayora del software de estabilidad de taludes trabaja con el

mtodo de Bishop el cual es relativamente fcil de programar, por lo que se podra decir

que tienen la misma metodologa y slo cambia el entorno grafico de los mismos y la forma

de entrega de los resultados.

4.3.3. Determinacin de la resistencia del suelo

Los principales parmetros que definen la resistencia del suelo son el ngulo de friccininterna en el caso de suelos granulares y la resistencia al corte no drenada en el caso de

suelos cohesivos.

11 Disponible en Internet: http://www.geo-slope.com/downloads/2007.aspx. Copyright 1995-2010 GEO-SLOPE International Ltd. All Rights Reserved


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El ngulo de friccin interna puede estimarse en el laboratorio con el ensayo de corte

directo y ensayo triaxial consolidado drenado. Tambin existen correlaciones entre el

ngulo de friccin interna y ensayos in-situ como la prueba de penetracin estndar (SPT)

o la prueba de penetracin de cono (CPT).

La resistencia al corte no drenada (Su) puede estimarse con ensayos de laboratorio tales

como el ensayo triaxial consolidado no drenado (CIU), el ensayo sin consolidar sin drenar

(UU), el ensayo de compresin sin confinar (qu) y el ensayo de corte directo simple (DSS).

Para los ensayos in-situ se puede usar la prueba de veleta de campo (FV), la prueba de

penetracin de cono (CPT) y el penetrmetro de bolsillo.

Las arcillas duras y altamente sobreconsolidadas fallan bajo una condicin drenada porque

el exceso de presin de los poros es negativo y por lo tanto a medida que este se disipa, las

arcillas sobreconsolidadas se debilitan.

Las arcillas blandas y limos fallan en condiciones no drenadas porque el exceso de presin

de los poros es positivo y por lo tanto la condicin crtica es a corto plazo pues a medida

que las arcillas disipan el exceso de presin de los poros, las mismas se consolidan y ganan

resistencia.

La mayora de los suelos granulares disipan el exceso de presin de los poros rpidamente

debido a su alta permeabilidad y por lo tanto fallan en condiciones drenadas excepto

cuando son sometidos a carga dinmica (sismo) cuando una falla no drenada es posible. 12

4.3.4. Mtodos para disminuir o eliminar el riesgo

Una vez estudiado el talud, definidos los niveles de amenaza y riesgo, el mecanismo defalla y analizados los factores de equilibrio, se puede pasar al objetivo final que es el diseo

del sistema de prevencin control o estabilizacin.




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Existen varias formas de enfocar y resolver cada problema especfico y la metodologa que

se requiere emplear depende de una serie de factores tcnicos, sociales, econmicos,

polticos; con una gran cantidad de variables en el espacio y en el tiempo.

13

A continuacin se presentan algunas de las metodologas que se han utilizado para

disminuir o eliminar el riesgo a los deslizamientos de tierra:

4.3.4.1. Prevencin

La prevencin incluye el manejo de la vulnerabilidad, evitando la posibilidad de que se

presenten riesgos o amenazas. La prevencin debe ser un programa del estado, en todos sus

niveles mediante una legislacin y un sistema de manejo de amenazas que permita

disminuir los riesgos a deslizamiento en un rea determinada.14

Para la aplicacin en la prevencin del riesgo en el cuadro 4 se muestras algunas medidas

generales.

Cuadro 4. Mtodos de prevencin de la amenaza o el riesgo

Mtodo Ventajas Desventajas

Disuasin conmedidascoercitivas

Son muy efectivas cuando lacomunidad est conscientedel riesgo y colabora con elestado.

El manejo de losfactoressocioeconmicos ysociales es difcil.

Planeacin deluso de la tierra

Es una solucin ideal parazonas urbanas y es fcil deimplementar.

No se puede aplicarcuando ya existe elriesgo.

Cdigostcnicos

Presenta herramientasprecisas para el control yprevencin de amenazas.

Se requiere de unaentidad que los hagacumplir.

Aviso y Alarma Disminuye en forma

considerable el riesgocuando es inminente.

Generalmente, se

aplica despus deocurrido el desastre.Fuente: Surez Daz, Jaime, 1998



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4.3.4.2. Elusin de la Amenaza

Eludir la amenaza consiste en evitar que los elementos en riesgo sean expuestos a la

amenaza de deslizamiento, en el cuadro 5 se muestran los casos ms comunes para este tipode mitigacin del riesgo que suele ser muy comn en vas.

Cuadro 5. Mtodos de elusin de amenazas de deslizamientos

Mtodo Aplicaciones LimitacionesRemocin total dedeslizamientos

Es atractivo cuando se trata devolmenes pequeos deexcavacin.

La remocin de losdeslizamientos puedeproducir nuevosmovimientos.

Remocin parcialde materialesinestables

Se acostumbra el remover lossuelos subsuperficialesinestables cuando susespesores no son muy grandes.

Cuando el nivel fretico seencuentra subsuperficialse dificulta el proceso deexcavacin.


4.3.4.3.Estabilizacin

La estabilizacin de un talud comprende los siguientes factores:

1. Determinar el sistema o combinacin de sistemas de estabilizacin ms apropiados,

teniendo en cuenta todas las circunstancias del talud estudiado.

2. Disear en detalle el sistema a emplear, incluyendo planos y especificaciones de diseo.

3. Instrumentacin y control durante y despus de la estabilizacin.

Debe tenerse en cuenta que en taludes, nunca existen diseos detallados inmodificables y

que las observaciones que se hacen durante el proceso de construccin tienden

generalmente, a introducir modificaciones al diseo inicial y esto debe preverse en las

clusulas contractuales de construccin.15



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Mtodo Ventajas DesventajasSellado de grietassuperficiales.

Disminuye la infiltracin deagua.

Las grietas pueden abrirsenuevamente y se requieremantenimiento por perodos

importantes de tiempo.Sellado de juntas ydiscontinuidades.

Disminuye la infiltracin deagua y presiones de poro en lasdiscontinuidades

Puede existir una gran cantidad dediscontinuidades que se requieresellar.


Contr ol de agua superf icial y subterrnea

Sistemas tendientes a controlar el agua y sus efectos, disminuyendo fuerzas que producen

movimiento y / o aumentando las fuerzas resistentes.

En el cuadro 8, observamos diferentes obras para el manejo del agua en los taludes de altoriesgo.

Cuadro 8. Mtodos de control de agua y presin de poros.

Mtodo Ventajas DesventajasCanalessuperficiales paracontrol de

escorrenta.

Se recomienda construirlos como obracomplementaria en la mayora de loscasos. Generalmente, las zanjas se

construyen arriba de la corona del talud.

Se deben construirestructuras para la entregade las aguas y disipacin de

energa.Subdrenes dezanja.

Muy efectivos para estabilizardeslizamientos poco profundos en suelossaturados subsuperficialmente.

Poco efectivos paraestabilizar deslizamientosprofundos o deslizamientoscon nivel fretico profundo.

Subdreneshorizontales depenetracin.

Muy efectivos para interceptar ycontrolar aguas subterrneasrelativamente profundas.

Se requieren equiposespeciales de perforacin ysu costo puede ser alto.

Galeras o tnelesde subdrenaje.

Efectivos para estabilizar deslizamientosprofundos en formaciones con

permeabilidad significativa y aguassubterrneas.

Muy costosos.

Pozos profundosde subdrenaje.

tiles en deslizamientos profundos conaguas subterrneas. Efectivos paraexcavaciones no permanentes.

Su uso es limitado debido ala necesidad de operacin ymantenimiento permanente.



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Estructuras de contencin

Mtodos en los cuales se van a colocar fuerzas externas al movimiento aumentando las

fuerzas resistentes, sin disminuir las actuantes.

Las estructuras de contencin son obras generalmente masivas, en las cuales el peso de la

estructura es un factor importante y es comn colocar estructuras ancladas en las cuales la

fuerza se transmite al deslizamiento por medio de un cable o varilla de acero. 17

Cada tipo de estructura tiene un sistema diferente de trabajo y se deben disear de acuerdo

a su comportamiento particular, En el cuadro 9 algunas estructuras de contencin que son

empleadas generalmente en las vas como mtodos de mitigacin y control de

deslizamientos.

Cuadro 9. Mtodos de estructuras de contencin

Mtodo Ventajas DesventajasRelleno o berma deroca o suelo en labase deldeslizamiento.

Efectivos en deslizamientos nomuy grandes especialmente en losrotacionales actuando comocontrapeso.

Se requiere una cimentacincompetente para colocar elrelleno.

Muros decontencinconvencionales , detierra armada etc.

tiles para estabilizar masasrelativamente pequeas.

Se requiere una buena calidad decimentacin. Son poco efectivosen taludes de gran altura.

Pilotes Son efectivos en movimientospoco profundos, en los cualesexiste suelo debajo de lasuperficie de falla que seacompetente para permitir elhincado y soporte de los pilotes.

No son efectivos endeslizamientos profundos ocuando aparece roca o suelo muyduro debajo de la superficie defalla. Poco efectivos endeslizamientos rotacionales.

Anclajes o pernos Efectivos en roca, especialmentecuando es estratificada.

Se requieren equipos especialesy son usualmente costosos.

Pantallas ancladas tiles como estructuras decontencin de masas de tamaopequeo a mediano.

Existen algunas incertidumbressobre su efectividad en algunoscasos, especialmente, cuando hayaguas subterrneas y songeneralmente costosas.




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Mejoramiento del suelo

Mtodos que aumenten la resistencia del suelo. Incluyen procesos fsicos y qumicos que

aumentan la cohesin y/o la friccin de la mezcla suelo-producto estabilizante o del suelo

modificado.18

Los mtodos del cuadro 10, tienden al control de taludes cercanos a las vas, en cascosurbanos donde las reas sean muy grandes pueden ser costosos, insuficientes e inadecuadoscomo es el caso de las explosiones que de aplicarse en zonas pobladas sin un controlriguroso generaran riesgos mayores al que se desea evadir.

Cuadro 10. Mtodos para mejorar la resistencia del suelo

Mtodo Ventajas DesventajasInyecciones o usode qumicos.

Endurecen el suelo y puedencementar la superficie de falla.

La disminucin depermeabilidad puede ser unefecto negativo.

Magmaficacin Convierte el suelo en roca utilizandorayos especiales desarrollados por laindustria espacial.

Su utilizacin en la actualidades solamente para usoexperimental.

Congelacin. Endurece el suelo al congelarlo. Efectos no permanentes.Electro-osmosis. Reducen el contenido de agua. Utilizacin para estabilizacin

no permanente.Explosivos. Fragmenta la superficie de falla. Su efecto es limitado y puede

tener efectos negativos.Fuente: Surez Daz, Jaime, 1998

Las obras pueden ser definitivas o pueden ser temporales de acuerdo al mtodo utilizado.

Generalmente en la estabilizacin de deslizamientos se emplean sistemas combinados que

incluyen dos o ms tipos de control de los indicados anteriormente; en todos los casos debe

hacerse un anlisis de estabilidad del talud ya estabilizado y se debe llevar un seguimiento

del proceso durante la construccin y algunos aos despus.



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4.3.4.3. Escogencia del factor de seguridad

Otra decisin que afronta el Ingeniero es la seleccin sobre el factor de seguridad a emplear

al momento de realizar la evaluacin preliminar y posterior a las obras. Una idea general delos factores a emplear permite recomendar los siguientes factores de seguridad mnimos:

Cuadro 11. Criterios para seleccionar un factor de seguridad para diseo de taludes.

Caso Factor deSeguridad

Si puede ocurrir la prdida de vidas humanas al fallar el talud 1.7Si la falla puede producir la prdida de ms del 30% de la inversin de laobra especfica o prdidas consideradas importantes.

1.5

Si se pueden producir prdidas econmicas no muy importantes. 1.3Si la falla del talud no causa daos. 1.2


Aunque en la actualidad gracias a los softwares de anlisis es posible simular el efecto de

las obras sobre el terreno, lo que permite la verificacin o validacin del efecto de las obras

sobre la estabilidad del talud.

4.3.5. Mtodos para estabilizar taludes

En el captulo pasado se tocaron algunos apartes sobre la estabilizacin de taludes, pero los

mismos estaban principalmente enfocados a la solucin o mitigacin del riesgo en taludes

aledaos a vas, especialmente del tipo rural, por lo tanto en este captulo se retoma la

temtica pero desde un punto de vista ms general, esto permite de igual forma tener una

amplia visin de la factibilidad de las actividades a seleccionar dependiendo de las

necesidades especficas del proyecto.

La metodologa es la misma en todos los casos, tan pronto se comprueba que hay un riesgo

de inestabilidad en un determinado talud, se debe buscar la mejor solucin y considerar

aspectos de costo, naturaleza de las obras afectadas (tanto en la cresta como al pie del


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talud), tiempo estimado en el que se puede presentar el problema, disponibilidad de los

materiales de construccin, etc.19

Existen tres grandes grupos de soluciones para lograr la estabilidad de un talud:

Aumentar la resistencia del suelo: son las soluciones que aplican drenaje en el suelo

para bajar el nivel fretico o la inyeccin de substancias que aumenten la resistencia del

suelo, tales como el cemento u otro conglomerante

Disminuir los esfuerzos actuantes en el talud: soluciones tales como el cambio de la

geometra del talud mediante el corte parcial o total de ste a un ngulo menor o la

remocin de la cresta para reducir su altura.

Aumentar los esfuerzos de confinamiento (3) del talud: se puede lograr laestabilizacin de un talud mediante obras, como los muros de gravedad, las pantallas

atirantadas o las bermas hechas del mismo suelo.20

4.3.5.1. Cambio de la geometraEl cambio de la geometra de un determinado talud puede realizarse (figura 6) mediante

soluciones tales como la disminucin de la pendiente a un ngulo menor, la reduccin de laaltura (especialmente en suelos con comportamiento cohesivo) y la colocacin de material

en la base o pie del talud (construccin de una berma); en esta ltima solucin es comn

usar material de las partes superiores del talud.



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Figura 6. Mtodos para estabilizar un talud: (a) drenaje; (b) cambio de la geometra (Hunt1984)


La consecuencia directa de realizar un cambio favorable en la geometra de un talud es

disminuir los esfuerzos que causan la inestabilidad y, en el caso de la implantacin de una

berma, el aumento de la fuerza resistente. Es importante destacar que la construccin de

una berma al pie de un talud debe tomar en cuenta la posibilidad de causar inestabilidad en

los taludes que se encuentren debajo, adems, se deben tomar las previsiones para drenar el

agua que pueda almacenarse dentro de la berma, ya que es probable que pueda haber un

aumento de la presin de los poros en los sectores inferiores de la superficie de falla, lo que

acrecienta la inestabilidad.

4.3.5.2. Drenaje

La presencia de agua es el principal factor de inestabilidad en la gran mayora de las

pendientes de suelo o de roca con mediano a alto grado de meteorizacin. Por lo tanto, sehan establecido diversos tipos de drenaje con diferentes objetivos. A continuacin se

exponen los tipos de drenaje ms usados para estabilizar taludes.


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Drenajes subhorizontales:son mtodos efectivos para mejorar la estabilidad de taludes

inestables o fallados. Consiste en tubos de 5 cm o ms de dimetro, perforados y

cubiertos por un filtro que impide su taponamiento por arrastre de finos. Se instalan con

una pequea pendiente hacia el pie del talud, penetran la zona fretica y permiten elflujo por gravedad del agua almacenada por encima de la superficie de falla. El

espaciamiento de estos drenajes depende del material que se est tratando de drenar y

puede variar desde tres a ocho metros en el caso de arcillas y limos, hasta ms de 15

metros en los casos de arenas ms permeables.

Drenajes verticales:se utilizan cuando existe un estrato impermeable que contiene agua

emperchada por encima de un material ms permeable con drenaje libre y con una

presin hidrosttica menor. Los drenajes se instalan de manera que atraviesen

completamente el estrato impermeable y conduzcan el agua mediante gravedad, por

dentro de ellos, hasta el estrato ms permeable, lo que aliviar el exceso de presin de

los poros a travs de su estructura.

Drenajes transversales o interceptores: se colocan en la superficie del talud para

proporcionar una salida al agua que pueda infiltrarse en la estructura del talud o que

pueda producir erosin en sus diferentes niveles. Las zonas en las que es comn ubicar

estos drenajes son la cresta del talud para evitar el paso hacia su estructura (grietas de

tensin), el pie del talud para recolectar aguas provenientes de otros drenajes y a

diferentes alturas del mismo

Drenajes de contrafuerte:consiste en la apertura de zanjas verticales de 30 a 60 cm de

ancho en la direccin de la pendiente del talud para rellenarlas con material granular

altamente permeable y con un alto ngulo de friccin (> 35). La profundidad alcanzada

deber ser mayor que la profundidad a la que se encuentra la superficie de falla para

lograr el aumento de la resistencia del suelo no solo debido al aumento de los esfuerzos

efectivos gracias al drenaje del agua que los reduca, sino tambin al aumento delmaterial de alta resistencia incluido dentro de las zanjas.

Esta solucin puede ser til y de bajo costo en el caso de taludes hechos con materiales de

baja resistencia, tales como arcillas y limos blandos o con presencia de materia orgnica en


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descomposicin que tengan entre tres y ocho metros de altura y superficies de falla que no

pasen de los cuatro metros.

4.3.5.3. Soluciones estructurales

Este tipo de soluciones generalmente se usa cuando hay limitaciones de espacio o cuando

resulta imposible contener un deslizamiento con los mtodos discutidos anteriormente. El

objetivo principal de las estructuras de retencin es incrementar las fuerzas resistentes de

forma activa (peso propio de la estructura, inclusin de tirantes, etc.) y de forma pasiva al

oponer resistencia ante el movimiento de la masa de suelo.

Entre las soluciones estructurales ms usadas se encuentran las siguientes:

Muros de gravedad y en cantilver:la estabilidad de un muro de gravedad (figura 7 a y

b) se debe a su peso propio y a la resistencia pasiva que se genera en la parte frontal del

mismo. Las soluciones de este tipo son antieconmicas porque el material de

construccin se usa solamente por su peso muerto, en cambio los muros en cantilver

(figura 6 c), hechos de concreto armado, son ms econmicos porque son del mismo

material del relleno, el que aporta la mayor parte del peso muerto requerido.

Figura 7. Muro de gravedad, de semigravedad y cantilver


Se debe tener en cuenta que al poner una estructura con un material de muy baja

permeabilidad, como el concreto, al frente de un talud de suelo que almacene agua en su

(a) (b) (c)


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estructura, es muy probable que aumente la presin hidrosttica en la parte posterior del

muro. Para evitar este problema se debe colocar drenajes subhorizontales a diferentes

alturas del muro con el objetivo de disipar el exceso de presin. Un tipo de muro de

gravedad que ayuda en este aspecto, es el muro de gavin como el que muestra en la figura8, que al no tener ningn agente cohesionante ms que la malla que une los gaviones,

permite el paso de agua a travs de los mismos. Estos muros adems de ser

comparativamente econmicos, tienen la ventaja de tolerar grandes deformaciones sin

perder resistencia.

Figura 8. Muros de gavin

Fuente: OPS, 1997

Diversas clasificaciones de los muros de contencin han sido planteadas histricamente.

Desde un punto de vista funcional, los muros de contencin se pueden dividir en tres tipos

(Figura 9) fundamentales: de sostenimiento, de contencin y de revestimiento21.

21 JIMENEZ SALAS, J. et al. (1981). Geotecnia y cimientos II. (2 Edicin). Madrid: Ed. Rueda .


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Figura 9. Tipologas de muros segn su funcionalidad: (a) de sostenimiento; (b) de

contencin; (c) de revestimiento.

Fuente: Tomada de Jimnez Salas et al, 1981. Geotecnia y Cimientos II

Los primeros son aquellos que se construyen separados del terreno natural, y que

posteriormente se rellenan con tierras en su trasds. Los muros de contencin son los

construidos directamente contra un talud en terreno natural, sin relleno en su trasds.

Finalmente, los muros de revestimiento son diseados para recubrir y proteger un talud de

la erosin, arrastre o meteorizacin, siendo elementos de delgado espesor adosados a un

terreno natural en pendiente (en general son los menos empleados).

Pantallas: consisten de una malla metlica sobre la cual se proyecta concreto

(shotcrete) recubriendo toda la cara del talud. Es comn atirantar esta corteza de

concreto armado mediante anclajes que atraviesan completamente la superficie de falla

para posteriormente ser tensados y ejercer un empuje activo en direccin opuesta al

movimiento de la masa de suelo. La figura 10 muestra el corte tpico de una pantalla

atirantada.


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Figura 10. Seccin transversal y frontal de una pantalla

Fuente: OPS, 1997

Pilotes: Los pilotes hincados han sido utilizados en ocasiones para la estabilizacin de

deslizamientos activos. Este mtodo slo es apropiado para deslizamientos poco

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