Informe Final de Hidrología

MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES
PROVIAS NACIONAL
INDICE
Páginas
INDICE
001
1.0
GENERALIDADES
003
2.0
METODOLOGÍA EMPLEADA
003
2.1
Recopilación de Información
004
2.2
Revisión de Estudios Existentes
005
3.0
4.0
5.0
IDENTIFICACIÓN DE PROBLEMAS DE DRENAJE EN LOS
PUNTOS CRÍTICOS
005
3.1
Sector Las Vegas, Km. 22+900 al Km. 23+800
006
3.2
Sector El Huanuqueño, Km. 46+817 al Km. 47+100
007
3.3
Sector Deslizamiento Potencial, Km. 50+350
008
ANÁLISIS HIDROLÓGICO
009
4.1 Precipitación Máxima en 24 horas
009
4.2 Intensidades de Lluvia
010
4.3 Caudales Máximos
012
ANÁLISIS DE EROSIONABILIDAD
013
5.1 Indice R de Erosividad de la Lluvia
014
5.2 Factor K de Erosionabilidad del Suelo
015
5.3 Factor Topográfico LS
017
5.4 Factor de Cobertura Vegetal C
018
5.5 Factor de Prácticas de Conservación P
018
ESTUDIO COMPLEMENTARIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y ADECUACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO DE
LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES
PROVIAS NACIONAL
6.0
OBRAS DE DRENAJE EN LAS VEGAS, HUANUQUEÑO Y
020
POTENCIAL
6.1 Las Vegas
6.1.1 Cunetas Laterales
022
6.1.2 Alcantarillas
022
6.1.3 Rápida con Amortiguador Dentado
023
6.1.4 Cunetas Colectoras
023
6.1.5 Cajas de Recepción
023
6.1.6 Filtros
024
6.1.7 Cajas Colectoras de Cunetas en Banquetas
024
6.1.8 Disipador de Impacto
025
6.1.9 Tubería de HDPE
025
6.1.10 Cajas Colectoras y Amortiguador de Energía
025
6.2 El Huanuqueño
7.0
020
026
6.2.1 Drenaje Superficial
026
6.2.2 Estructura de Entrega
027
6.2.3 Encauzamiento de las Quebradas
027
6.2.4 Control de Erosión
028
6.2.5 Sub-drenaje
028
6.3 Deslizamiento Potencial
028
CONCLUSIONES
030
REFERENCIAS
044
CÁLCULOS HIDRÁULICOS
045
-
Las Vegas
046
-
El Huanuqueño
064
-
Deslizamiento Potencial
104
ESTUDIO COMPLEMENTARIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y ADECUACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO DE
LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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PROVIAS NACIONAL
ESTUDIO COMPLEMENTARIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y
ELABORACION DEL EXPEDIENTE TECNICO DE LA
CARRETERA TINGO MARIA-AGUAYTIA
TRAMO Km. 15+200 Al Km. 51+551
INFORME DE HIDROLOGIA E HIDRAULICA
1.0
GENERALIDADES
El alcance del presente informe comprende la identificación de problemas
de drenaje, cruce de ríos, percepción física de la cuenca, el estudio
hidrológico y el estudio de erosionabilidad, que permita conocer los
parámetros de diseño para la estabilidad de taludes en los puntos críticos
de la carretera Tingo María-Aguaytía, Tramo Km.15+200 al Km. 51+551, así
como para las obras de drenaje a considerarse.
2.0
METODOLOGÍA EMPLEADA
Con el fin de reunir los criterios adecuados para conocer el potencial
erosionable, las características hidráulicas, hidrológicas y de drenaje de las
cárcavas consideradas, se realizó el estudio en las siguientes etapas:

Recopilación de información.- Comprendió la recolección, evaluación
y análisis de la documentación existente como estudios anteriores,
cartografía, fotografías aéreas y pluviometría en el área de estudio.

Trabajo de campo.- Consistió en un recorrido de los puntos críticos
para su evaluación y observación de las características como,
relieve, pendiente, estabilidad, tipo de suelo y vegetación, cursos de
agua superficiales y sub superficiales, así como características
hidráulicas de las cárcavas.
ESTUDIO COMPLEMENTARIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y ADECUACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO DE
LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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
Fase de gabinete.- Consistió en el procesamiento, análisis,
determinación de los parámetros de diseño para evaluar la
erosionabilidad del suelo.
2.1
Recopilación de Información
La información que se utilizó se refiere a los siguientes aspectos:
a) Pluviometría
La escorrentía existente y producida en el área de estudio, proviene
exclusivamente de las precipitaciones pluviales caídas en la zona.
Para realizar el presente estudio se dispone de los registros de
precipitaciones máximas en 24 horas de duración en la estación
pluviométrica Tingo María, que puede ser considerada como representativa
de la precipitación en la zona. Se encuentra en operación desde el año
1951, siendo la estación con mayor número de registros disponibles, las
otras estaciones localizadas en el área se encuentran clausuradas hace
varios años y no poseen mayor información.
Los registros de precipitación disponibles fueron suministrados por el
Servicio Nacional de Hidrología y Meteorología (SENAMHI).
Las características de esta estación son las siguientes:
Estación
b)
Ubicación
Pluviométrica
Latitud
Sur
Longitud
Oeste
Tingo María
09o 09’ S
75o 53’ W
Altitud
Provincia
Tingo María
msnm
660
Hidrometría
Las quebradas y cárcavas que cortan el trazo de la carretera en los puntos
críticos, no cuentan con estaciones de medición de caudales.
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LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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c)
Cartografía
La longitud del tramo de la carretera se ubica íntegramente en el siguiente
mapa del Instituto Geográfico Nacional (IGN), carta nacional a escala
1:100,000 siguiente:
Aguaytía
d)
Hoja 19-L
Fotos aéreas
Se dispone de fotografías aéreas a escala 1: 8 000 tomadas el 27 de mayo
del 2000, proporcionadas por la entidad contratante y que tienen un
cubrimiento del sector del eje vial.
2.2
Revisión de Estudios Existentes
El estudio más reciente lo constituye el realizado por el Consorcio IntegralMotlima (octubre del 2001), “Actualización de los Estudios Definitivos de
Ingeniería para el Mejoramiento Vial de la Carretera Huánuco Tingo MaríaPucallpa, Sector Tingo María-Aguaytía, Tramo 1: Tingo María-Puente
Chino”,
elaborado
para
el
proyecto
especial
de
Rehabilitación,
Infraestructura de Transportes, PERT, del Ministerio de Transportes,
Comunicaciones, Vivienda y Construcción. En este estudio se presenta el
estudio de Hidrología e Hidráulica, para el diseño del sistema de drenaje de
la vía anteriormente mencionada.
3.0
IDENTIFICACIÓN DE PROBLEMAS DE DRENAJE EN LOS PUNTOS
CRÍTICOS
Durante el trabajo de campo y con los planos topográficos levantados de la
zona, se recorrió las cárcavas, teniéndose una apreciación de los
problemas, los mismos que se plasman en los análisis siguientes.
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LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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3.1
Sector Las Vegas, Km.22+900 al Km. 23+800
En este sector se han formado tres cárcavas en el lado izquierdo de la vía,
identificadas como Cárcavas 1, 2 y 3. Así también se ha formado una
Cárcava 4 en el lado derecho de la vía. En general los suelos se encuentran
desnudos con mínima cobertura vegetal y sin ninguna práctica de
conservación.
La plataforma de la carretera en este tramo pasa por la parte alta y las
cárcavas se han formado en ambos taludes hacia aguas abajo, formando
un cuello de botella, no permitiendo las condiciones físicas existentes,
plantear un trazo alternativo.
Entre el Km. 22+900 al Km.23+400, debido a la falta de obras de drenaje y
principalmente aquellas destinadas a la
disipación de energía, se han
formado una serie de quebradas cuyo origen es la plataforma y continúan
hacia aguas abajo profundizando sus cauces hacia una quebrada mayor.
Toda la zona se encuentra totalmente desestabilizada y continúan los
deslizamientos, por cuanto las lluvias continúan profundizando los cauces
de las quebradas.
Entre el Km. 23+400 al Km.23+800, igualmente, debido a la falta de obras
de drenaje y principalmente aquellas destinadas a la disipación de energía,
se han formado una serie de quebraditas en el lado izquierdo, cuyo origen
es la plataforma y continúan hacia aguas abajo. Así también, se ha formado
la Cárcava 4 en el Km.23+500, que está comprometiendo la carretera, por
la erosión regresiva que está ocurriendo en este punto.
Los ensayos de penetración estándar muestran de acuerdo al Sistema
Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), los siguientes tipos de suelo:
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LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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Sondaje
Profundidad
(m)
Ubicación(Km)
Símbolo(SUCS)
Descripción
CV-2
M1
0.30-1.10
23+115
CL
Arcillas de baja a media plasticidad,
arcillas con grava, arcillas arenosas,
arcillas limosas, arcillas pobres.
CV-2
M2
1.10-2.00
23+115
CL
Arcillas de baja a media plasticidad,
arcillas con grava, arcillas arenosas,
arcillas limosas, arcillas pobres.
CV-3
M1
0.20-3.00
23+220
CL
CV-4
M1
0.80-3.00
23+350
SC
Arcillas de baja a media plasticidad,
arcillas con grava, arcillas arenosas,
arcillas limosas, arcillas pobres.
Arenas arcillosas, mezclas de arena y
arcilla.
CV-5
M-1
0.30-3.00
23+515
GC
Gravas arcillosas, mezclas de grava,
arena y arcilla.
CV-6
M-1
0.20-2.10
23+570
CL
Arcillas de baja a media plasticidad,
arcillas con grava, arcillas arenosas,
arcillas limosas, arcillas pobres.
CV-6
M-2
2.10-3.00
23+570
CL
Arcillas de baja a media plasticidad,
arcillas con grava, arcillas arenosas,
arcillas limosas, arcillas pobres.
CV-7
M-1
0.10-3.00
23+740
GC
Calicata
Gravas arcillosas, mezclas de grava,
arena y arcilla.
Se hace necesario construir cunetas para los taludes de corte al lado
derecho de la vía, estas entregaran sus aguas a cajas de recepción y
mediante tuberías serán llevadas a las cunetas de la vía, posteriormente
descargaran sus aguas hacia las alcantarillas. El drenaje de la vía será
mediante cunetas longitudinales que desembocan en las alcantarillas y el
caudal resultante será evacuada mediante tuberías hacia la parte baja, lejos
de la zona de influencia de las cárcavas. En la zona de las cárcavas se
construirán cunetas en cada banqueta las mismas que descargaran hacia
una rápida con amortiguador dentado.
3.2
Sector El Huanuqueño, Km.46+817 al Km. 47+100
La zona comprendida entre las progresivas Km. 46+817 y Km. 47+100,
conocida con el nombre de El Huanuqueño, corresponde a una zona de
inestabilidad antigua de los taludes de corte localizados en el lado izquierdo
de la vía.
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LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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La zona se caracteriza por la presencia abundante de aguas de escorrentía
que fluyen libremente a través de los taludes de corte generando
periódicamente caídas de bloques y desprendimientos de suelo residual y
roca triturada que conforman el material predominante en la zona. En la
parte alta se encuentra una acequia sin revestimiento, que si bien recolecta
las aguas de escorrentía, también constituye una recarga de aguas por las
filtraciones que presenta.
Las investigaciones geotécnicas realizadas en el estudio elaborado por el
consorcio Integral-Motlima, muestran, los siguientes tipos de suelo:
Calicata
Profundidad
(m)
Ubicación
Símbolo
Descripción
CA-25
0.00-0.30
47+150
CL
Arcilla gravosa. Color marrón, húmeda, medianamente plástica.
CA-25
0.30-4.00
47+150
GM
Rocas Lutitas y Limonitas meteorizadas y muy descompuestas en
transición a suelo grava limosa. Color marrón.
CA-26
0.10-2.40
47+150
GC
Gravas arcillosas. Color marrón, húmeda. La matriz arcillosa es
medianamente plástica y compresible. Contiene mayor presencia de
grava y arena de grano fino.
CA-26
2.40+3.40
47+150
GC
Lutitas, arcillitas y limonitas descompuestas. Color marrón, húmeda.
CA-27
0.30-3.10
47+150
GC
Lutitas y limonitas meteorizadas y descompuestas. Color marrón. Se
encuentran muy fracturadas y fragmentadas.
0.20-3.00
47+150
GC
CA-28
Grava arcillosa. Color marrón a beige verdoso. Húmeda a muy
húmeda. La matriz arcillosa es medianamente plástica.
En este sector es necesario construir cunetas en los sectores en corte que
desagüen a cajas de recepción y estos a su vez mediante tuberías
descarguen sobre los badenes. En la parte alta construir zanjas de
coronación revestidas y que desagüen hacia las quebradas en donde se
deben construir obras de disipación de energía. Todas estas obras estarán
en concordancia con las medidas de estabilización.
3.3
Sector Deslizamiento Potencial, Km.50+350
La zona se caracteriza por la presencia abundante de aguas de escorrentía
que fluyen libremente a través de los taludes de corte generando caídas de
bloques y desprendimientos de suelo residual y roca que conforman el
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LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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material predominante en la zona. En esta zona se ha construido un badén
por el que discurre las aguas de la quebrada, sin embargo antes del badén
existe otra quebrada en la que los deslizamientos se han vuelto activos.
En este sector es necesario ampliar el badén proyectado inicialmente por el
consorcio Integral Motlima y a su vez proteger contra la socavación la parte
inferior de badén. Todas estas obras estarán en concordancia con las
medidas de estabilización para este sector crítico.
4.0
ANÁLISIS HIDROLÓGICO
De acuerdo con la información pluviométrica estudiada se puede observar
que la zona del proyecto se caracteriza por la presencia de dos períodos
lluviosos en el año, el primero en los meses de febrero, marzo y abril y el
segundo en los meses de octubre, noviembre y diciembre, comportamiento
característico de las zonas de latitudes bajas, adyacentes al Ecuador y
asociado al paso, en doble vía, del Frente Intertropical de Convergencia
(FIC). Este comportamiento no exceptúa la ocurrencia de grandes lluvias,
aunque con menos frecuencia, en el resto del año, ya que la ocurrencia de
eventos extremos de lluvia está asociado en mayor grado a los fenómenos
atmosféricos de tipo convectivo y en menor grado a la convergencia de
vientos (FIC).
Los resultados del análisis de intensidad-duración-frecuencia, confirman
que la zona corresponde a lluvias de alta intensidad y alta escorrentía
superficial.
4.1
Precipitación Máxima en 24 horas
Se cuenta con datos de precipitaciones máximas en 24 horas en la estación Tingo
María para el período 1973-1998. Los valores se muestran en el Cuadro N°1, en
donde se observa que el valor máximo registrado es de 212.0 mm.
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Los valores observados de precipitación máxima en 24 horas, fueron
ajustados a las distribuciones teóricas Pearson, Log Pearson Tipo III y
Gumbel, comúnmente usadas en estudios hidrológicos, como se muestra
en los Cuadros N°2, 3 y 4. Para ello se recurrió al software de cómputo,
SMADA Versión 6.0; la distribución teórica de frecuencia que mejor se
ajustó a los datos fue la distribución Pearson Tipo III, por presentar menor
error cuadrático mínimo, como se muestra en el Cuadro N°5.
Los valores de precipitación para períodos de retorno de 5, 10 y 25 años,
se presentan en el siguiente cuadro:
Precipitación máxima en 24 horas (mm)
4.2
Periodo de retorno
(años)
5
Estación
Tingo María
127.9
10
149.7
25
179.2
Intensidades de Lluvia
Se recurrió al principio conceptual, referente a que los valores extremos de
lluvias de alta intensidad y corta duración aparecen, en la mayoría de los
casos, marginalmente dependientes de la localización geográfica, con base
en el hecho de que estos eventos de lluvia están asociados con celdas
atmosféricas las cuales tienen propiedades físicas similares en la mayor
parte del mundo.
La estación de lluvia ubicada en la zona, no cuenta con registros
pluviográficos que permitan obtener las intensidades máximas. Sin embargo
estás pueden ser calculadas a partir de las lluvias máximas en base al
modelo de Dick y Peschke (Guevara, 1991). Este modelo permite calcular la
lluvia máxima en función de la precipitación máxima en 24 horas. La
expresión es la siguiente:
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 d 
Pd  P24 h 

 1440
0.25
Donde:
Pd = precipitación total (mm)
d = duración en minutos
P24h = precipitación máxima en 24 horas (mm)
La intensidad se halla dividiendo la precipitación Pd entre la duración. El
procedimiento se presenta en los Cuadros N°6 y 7.
Las
curvas
de
intensidad-duración-frecuencia,
se
han
calculado
indirectamente, mediante la siguiente relación:
KTm
I n
t
Donde:
I = Intensidad máxima (mm/h)
K, m, n = factores característicos de la zona de estudio
T = período de retorno en años
t = duración de la precipitación equivalente al tiempo de concentración (min)
Si se toman los logaritmos de la ecuación anterior se obtiene:
Log (I) = Log (K) + m Log (T) -n Log (t)
O bien: Y = a0 + a1 X1 + a2 X2
Donde:
Y = Log (p),
a0 = Log K
X1 = Log (T)
a1 = m
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X2 = Log (t)
a2 = -n
Los factores de K, m, n, se obtienen a partir de los datos existentes. El
procedimiento seguido se muestra en los Cuadros N°8 y Nº9 y en la Figura
N°1.
4.3
Caudales Máximos
Como no se cuenta con datos de caudales, las descargas máximas para el
diseño de los canales de coronación serán estimadas en base a las
precipitaciones y a las características de las cuencas colectoras, tomando
en cuenta el Método Racional.
Este método que empezó a utilizarse alrededor de la mitad del siglo XIX, es
probablemente el método más ampliamente utilizado hoy en día para la
estimación de caudales máximos en cuencas de poca extensión, en el
presente caso se ha aplicado para superficies menores a 3 km 2.(1) A pesar
de que han surgido críticas válidas acerca de lo adecuado de este método,
se sigue utilizando debido a su simplicidad.
La descarga máxima
instantánea es determinada sobre la base de la intensidad máxima de
precipitación y según la relación:
Q
CIA
3 .6
Donde:
Q = Descarga pico en m3/seg.
C = Coeficiente de escorrentía
I = Intensidad de precipitación en mm/hora.
A = Area de cuenca en Km2.
1
Linsley,1986
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Las premisas en que se basa este método son las siguientes:

La magnitud de una descarga originada por cualquier intensidad de
precipitación alcanza su máximo cuando esta tiene un tiempo de
duración igual o mayor que el tiempo de concentración.

La frecuencia de ocurrencia de la descarga máxima es igual a la de la
precipitación para el tiempo de concentración dado.

La relación entre la descarga máxima y tamaño de la cuenca es la
misma que entre la duración e intensidad de la precipitación.

El coeficiente de escorrentía es el mismo para todas las tormentas que
se produzcan en una cuenca dada.
Para efectos de la aplicabilidad de ésta formula el coeficiente de escorrentía
"C" y la intensidad de la precipitación varía de acuerdo a las características
geomorfológicas de la zona: topografía, naturaleza del suelo y vegetación
de la cuenca.
Los coeficientes de escorrentía para su uso en el Método Racional, son los
que se muestran en el Cuadro N°10.
La duración de la intensidad de lluvia corresponde a la duración del tiempo
de concentración de la cuenca, Tc la cual se determina de acuerdo a la
fórmula de Kirpich.
Aplicando el Método Racional, se tienen las descargas descarga máximas,
tal como se muestra en el Cuadro N°11. Así mismo las áreas de las
cuencas del sector “El Huanuqueño” y sector “Deslizamiento Potencial” se
muestran en las Laminas Nº 1 y Nº 2 respectivamente.
5.0
ANÁLISIS DE EROSIONABILIDAD
La formación de cárcavas es un proceso complejo, unas veces ocurre por la
acción del corte vertical y lateral del flujo, ampliando y profundizando el
cauce; otras son el resultado de la concentración de la escorrentía de varios
cauces formando uno de mayores dimensiones, el que se convierte en
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cárcava al progresar el proceso hacia aguas abajo y como erosión regresiva
hacia aguas arriba del punto de origen. El desarrollo de una cárcava se
debe a procesos que ocurren simultáneamente durante un evento de
tormenta o en períodos sucesivos.
Dichos procesos incluyen:

Erosión regresiva en la cabecera de la cárcava por la caída de agua.

Erosión por el flujo de agua a lo largo de la cárcava o por salpicadura
debido a la acción de las gotas de lluvia que caen en las áreas
expuestas de la misma.

Deslizamientos o movimientos masivos de suelo hacia la cárcava.
El riesgo de erosión se define como el efecto combinado de los factores que
lo originan (lluvia, escurrimiento, suelo y topografía). La combinación de
estos factores se incluyen en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo:
USLE (Wischmeier y Smith 1978). Este es un modelo empírico que toma
en cuenta: un factor R (potencial erosivo de la lluvia), un factor K
(erosionabilidad del suelo), un factor L (longitud de pendiente), un factor S
(grado de pendiente), un factor C (cobertura vegetal) y un factor P
(prácticas de conservación de suelos). Los cuatro primeros factores de la
USLE determinan el riesgo de erosión en un área determinada, la ecuación
que estima la pérdida de suelo es la siguiente:
PS = RK LS CP
5.1
Indice R de Erosividad de la Lluvia
Como se puede notar, el procedimiento para estimar R requiere de
información detallada sobre registros pluviográficos continuos de lluvias
diarias sobre períodos de varios años. En la práctica, especialmente en
países en desarrollo, dichos registros son escasos, cortos o inexistentes,
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debido a la falta de presupuestos para la operación de las redes de
observación. Cuando no se dispone de registros pluviográficos lo
suficientemente detallados como para evaluar el valor medio de R, se suele
utilizar la precipitación total anual.
En Venezuela se utilizan los siguientes rangos de valores como órdenes de
magnitud para apreciar el poder erosivo de las lluvias (R en t/ha-año) para
áreas con las características de precipitación y escorrentía indicadas.

Lluvias de gran intensidad y duración, y abundante escorrentía
superficial
R = 750-800.

Lluvias de gran intensidad y duración, y mediano o poco escurrimiento
superficial
R = 500 - 650.

Lluvias de mediana intensidad y, abundante escurrimiento superficial,
R = 450-550.

Lluvias de mediana intensidad y, poco escurrimiento superficial
R = 200-350.
5.2
Factor K de Erosionabilidad del Suelo
El factor de erosionabilidad del suelo K es una medida de la vulnerabilidad
del suelo; es una característica propia que depende de la granulometría,
porosidad, contenido de materia orgánica y condiciones hidrológicas.
Cuantifica la erosionabilidad de cada suelo mediante una expresión
deducida experimentalmente; representa la tasa de erosión del suelo por
cada unidad de índice de erosión R para condiciones de relieve y
vegetación estándares y valores de L, S, C y P iguales a la unidad.
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Wischmeier y Smith (1978) estiman el valor de K en función de la textura,
contenido de materia orgánica, estructura y permeabilidad del suelo. Los
suelos más erosionables corresponden a las texturas intermedias (fracción
de limo más abundante); suelos con más de 30 % de arcilla son poco
erosionables. La disminución de la fracción de limo aumenta la resistencia a
la erosión, ya sea por el incremento de la cohesión debido al aumento del
porcentaje de elementos más finos (arcillas) o por una mejora de la
infiltración y la consiguiente disminución de la escorrentía debido al
incremento del porcentaje de elementos más gruesos (arenas).
El contenido de materia orgánica proporciona estabilidad a los agregados y
mejora su estructura y resistencia a la erosión; constituye el segundo factor
más importante después de la textura en relación con la erosionabilidad del
suelo. La estructura y permeabilidad también influyen sobre el factor K,
conjuntamente con otras características químicas, como el contenido de
óxidos de Al y Fe en algunos suelos arcillosos.
Wischmeier y Smith presentan el nomograma dado en la Figura N°2, para
calcular el valor de K, adaptado al sistema internacional de medidas por
Foster et al., (1981). Sobre la base de las características de textura y
contenido de materia orgánica se obtiene un valor de K en primera
aproximación utilizando la parte izquierda de la Figura 2. En muchos casos
esta primera aproximación se considera suficiente para estimar la pérdida del
suelo por erosión. Si se dispone de información sobre textura y
permeabilidad, el valor preliminar de K puede corregirse mediante la porción
derecha de la Figura N°2.
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Fig.N°2: Nomograma para calcular el factor K de erosionabilidad del suelo
5.3
Factor Topográfico LS
Tanto la longitud de la ladera L como su pendiente S influyen
considerablemente en las tasas de erosión de un suelo, convirtiendo al
relieve en uno de los principales factores que determinan la emisión de
sedimentos de las cuencas vertientes.
Wischmeier y Smith (1978) definen la longitud de pendiente como la
longitud que recorre la escorrentía desde que se forma, en la divisoria,
hasta que encuentra un cauce o una zona de sedimentación. La influencia
de esta longitud de ladera sobre la erosión se estima en el modelo USLE,
mediante la siguiente expresión:
 l
L  
 lS



m
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donde L es el factor de longitud de la pendiente, adimensional, definido
como el cociente entre la tasa de erosión anual de una parcela con una
longitud de pendiente dada l (en m) y la tasa de erosión de esa parcela con
las mismas condiciones de clima (R), suelo (K), pendiente (S) y vegetación
(C, P) y de longitud de ladera estándar de lS = 22.1 m, donde L es igual a la
unidad; m es un exponente que depende de la pendiente de la ladera que
oscila entre 0.2 para pendientes suaves y homogéneas inferiores a l %, y
0.5 para pendientes superiores al 5%.
Para pendientes mayores que 4%, asumiendo un valor de m = 0.5, el factor
LS se puede estimar como sigue:

LS  L1/ 2 0.0138 0.00974S  0.00138S2

donde L es la longitud en m. desde el punto donde se origina la escorrentía
hasta el punto donde se inicia la deposición debido a la disminución de la
pendiente o la escorrentía entra a un cauce definido; S es la pendiente
media de la ladera en porcentaje sobre la cual ocurre la escorrentía.
5.4
Factor de Cobertura Vegetal C
La cobertura vegetal es el elemento natural de protección del suelo contra
la fuerza erosiva de la lluvia, controlando no sólo la energía de las gotas,
sino la velocidad de la escorrentía superficial. El factor C de USLE da
cuenta por esta influencia, incluyendo el tipo de vegetación existente y el
manejo y disposición de los residuos vegetales. En el Cuadro N°12. se
presentan los valores del factor C para diferentes tipos de uso de las tierras.
5.5
Factor de Prácticas de Conservación P
Este último factor recoge la influencia que tienen las prácticas de
conservación de suelos sobre las tasas de erosión de una parcela,
realizando los trabajos culturales o cultivando en curvas de nivel, en franjas
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o terrazas para cortar las líneas de escorrentía. En el Cuadro N°13 se dan
los valores de P suministrados por Wischmeier y Smith (1978) para
diferentes prácticas de conservación. La disposición en terrazas crea
escalones donde se diferencian los taludes de la terraza con pendiente
similar a la de la ladera pero con una longitud de declive mucho menor y las
áreas horizontales o terraza propiamente dicha donde supuestamente la
erosión es nula.
Con un diseño correcto de la terraza se consigue una sedimentación mayor
que el 80% de los materiales erosionados en los taludes que quedan por
encima de cada zona horizontal, de tal forma que sólo se pierde un 20% de
la erosión total producida (P = 0.2). No obstante, cuando en las terrazas se
acumula mas cantidad de agua de la que puede infiltrar y no se ha previsto
convenientemente su desagüe, existe el riesgo de que la terraza falle y deje
salir el agua por la línea de máxima pendiente, dando origen a surcos o
cárcavas que aumentan la pérdida de suelo de forma considerable, en
términos incluso superiores a los de las laderas antes de la construcción de
las terrazas.
Luego del análisis de las características hidrológicas, topográficas, tipos de
suelo, coberturas de suelo y prácticas de conservación de las cárcavas
formadas en los sectores involucrados, se presenta en los cuadros N°14 y
N°15. Los valores de erosividad y producción de erosión, en la situación
actual y considerando: 1º que se va a recuperar la cobertura vegetal y 2º
que se van a considerar prácticas de conservación. Lo anotado en dichos
cuadros se muestra a continuación:
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Cuadro N°14
Erosionabilidad en las condiciones actuales
Parámetro
Suelo
Pendiente
Longitud (m)
R (t/ha/año)
K
LS
C
P
AS (t/ha/año)
Sector
Las Vegas
Huanuqueño
Potencial
Cárcava 1
Cárcava 2
Cárcava 3
Cárcava 1
Cárcava 1
Arcillas, arenas finas, medias a gruesas con gravas
38.92%
35.79%
27.50%
29.61%
28.57%
180
190
200
130
280
750
750
750
750
750
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.24
0.24
0.23
0.19
0.28
1
1
1
0.09
0.09
1
1
1
1
1
44.78
45.13
43.97
3.23
4.71
Cuadro N°15
Erosionabilidad recuperando la cobertura y con prácticas de conservación
Sector
Parámetro
Cárcava 1
Las Vegas
Cárcava 2
Cárcava 3
Huanuqueño
Cárcava 1
Potencial
Cárcava 1
Suelo
Arcillas, arenas finas, medias a gruesas con gravas
Pendiente
38.92%
35.79%
27.50%
29.61%
28.57%
Longitud (m)
180
190
200
130
280
R (t/ha/año)
750
750
750
750
750
K
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
LS
0.24
0.24
0.23
0.19
0.28
C
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
P
0.18
0.18
0.18
0.18
0.18
AS (t/ha/año)
0.73
0.73
0.71
0.58
0.85
C= Cobertura vegetal del 60%
P= terrazas con drenaje vegetado
6.0
OBRAS DE DRENAJE EN LAS VEGAS, HUANUQUEÑO Y POTENCIAL
6.1
Las Vegas
A partir de su nacimiento, los drenajes alcanzan rápidamente un nivel base,
prosiguiendo su recorrido con muy baja pendiente. El fondo de los cauces
es amplio, cargado de arena, grava, y guijarros entre los que se mueven
hilos de agua en forma sinuosa. En el verano estas aguas son rápidamente
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absorbidas por el lecho permeable, y en invierno se tornan torrenciales, con
muy alto poder de socavación de las márgenes.
Los problemas de
inestabilidad objeto de este estudio se presentan en la zona de transición
desde el filo hasta el fondo, donde el cauce alcanza su gradiente
subhorizontal.
La naturaleza de los materiales que componen los conglomerados no ha
permitido el desarrollo de un cementante entre las partículas, por tal razón
se presenta una muy baja consolidación en los materiales que describen
esta formación. Esta característica se traduce en una muy alta
susceptibilidad a los procesos morfodinámicos, y principalmente a los de
tipo erosivo.
Se analizaron para el estudio cuatro alternativas que darían solución al
problema del sector “Las Vegas”, estas cuatro alternativas fueron
presentadas por el Consultor y fueron evaluadas por PROVIAS NACIONAL
y el consultor del BID Roy E. Hunt. Finalmente se seleccionó como la mejor
alternativa a la Alternativa Nº 4; esta alternativa consiste en mantener el
alineamiento y el nivel de rasante propuesto por el Consorcio IntegralMotlima y conformar un terraplén compactado en el lado izquierdo de la vía
y muros de suelo reforzado al lado derecho; el material de corte proveniente
de la carretera y del sector critico será usado para conformar este terraplén.
Las áreas expuestas a la precipitación serán protegidas por geomantas en
el terraplén compactado y por biomantas en los taludes de corte de la
carretera y zonas aledañas al terraplén.
Desde el punto de vista hidráulico se ha diseñado un sistema de canales
colectores que recogen las aguas de escorrentía que caen en las áreas
actualmente desestabilizadas y las encauza hacia zonas alejadas del sector
crítico.
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En base a la inspección de campo, evaluación geológica-geotécnica y
resultados del estudio de hidrología se considera la construcción de cunetas
laterales al lado de la vía, cunetas colectoras, rápida con amortiguador
dentado, cajas de recepción, alcantarillas, filtros, cuyos detalles se
presentan a continuación:
6.1.1 Cunetas Laterales
Las cunetas laterales deberán estar ubicadas al pie de los taludes, serán
revestidas de concreto y permitirán que el flujo que discurra a través del
talud
sea captado y conducido hacia las cajas de recepción y que en
algunos casos el caudal será derivado por la alcantarilla hacia el otro lado
de la via y evacuar el caudal por tuberías hacia zonas alejadas.
6.1.2 Alcantarillas
Actualmente existen dos alcantarillas en las progresivas Km 23+180 y Km
23+810 que pertenecen al antiguo trazo de la carretera, las cuales están
constituidas por estructuras tubulares de metal corrugado TMC que serán
retiradas.
Para este estudio se ha considerado la construcción de cuatro alcantarillas
en puntos críticos de la carretera. Estas cuatro alcantarillas son de metal
corrugado TMC de 36” de diámetro y permitirán evacuar las aguas de lluvia
de la cuneta. Las alcantarillas se encuentran en las siguientes progresivas:
Km 23+175, Km 23+356, Km 23+485 y Km 23+815.
En los planos TM-PTECH-GV-015 y TMPTECH-GV-016 se presenta los
detalles de las alcantarillas proyectadas e intersección con las cunetas, así
como la vista en planta y perfil de ellas se muestran en los Planos TMPTECH-GV-001 Y TM-PTECH-GV-002.
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6.1.3 Rápida con Amortiguador Dentado
Para el drenar el caudal colectado por las cunetas ubicadas en las
banquetas del relleno compactado se diseñó una rápida con dados de
concreto para amortiguar la velocidad de flujo, esta rápida será construida
con material geosintético denominado Geoweb y estará relleno de concreto.
La memoria de cálculo de la rápida dentada se presenta en el presente
informe. Los detalles de construcción se muestran en los Planos TMPTECH-GV-010 Y TM-PTECH-GV-011.
6.1.4 Cunetas Colectoras
Las cunetas colectoras han sido diseñadas para las banquetas de los
taludes de corte, así como para las banquetas del suelo compactado que
descargan su caudal en la rápida con amortiguador dentado.
Estas cunetas colectoras están conformadas por una geomembrana en la
parte inferior seguida de una cama de arena de 5 cm de espesor. Además
cuenta con una tubería perforada de PVC de 12” de diámetro, esta tubería
está rodeada por grava procesada.
Los detalles de la cuneta colectora ubicada en las banquetas del suelo
compactado se encuentran en el Plano TM-PTECH-GV-011, mientras que
las cunetas colectoras para las banquetas en las zonas de corte se
muestran en el plano TM-PTECH-GGV-012.
6.1.5 Cajas de Recepción
Se consideró en el sistema de drenaje de Las Vegas la construcción de
cajas de recepción que se ubican en los bordes de las alcantarillas y que
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colectan las aguas que transportan las cunetas, para luego mediante el uso
de tuberías HDPE llevar el agua a zonas alejadas del sector crítico.
Las cajas de recepción son de concreto reforzado, las dimensiones y detalle
del refuerzo se encuentran en el Plano TM-PTECH-GV-014 y en el Plano
TM-PTECH-GV-015 se muestra la ubicación de las cajas de recepción y las
alcantarillas.
6.1.6 Filtros
El relleno compactado tendrá como medida de drenaje sub-superficial el
uso de un filtro en la parte inferior del suelo compactado para colectar las
aguas de escorrentía subsuperficial.
Se verificó el diseño de los filtros utilizados en la Alternativa 1 por el
consorcio Integral-Motlima y se comprobó que eran adecuados para la
alternativa final (Alternativa Nº 4). El geotextil usado será de clase 2 según
la AASHTO M 288-96.
6.1.7 Cajas Colectoras de Cunetas en Banquetas
Estas serán ubicadas en las zonas de corte y se encargarán de colectar el
agua proveniente de las cunetas colectoras para luego, mediante el uso de
tuberías HDPE, llevar el agua a las cunetas laterales de la carretera para su
posterior desfogue en las partes alejadas del sector crítico.
Los detalles de estas cajas receptoras se encuentra en el Plano TMPTECH-GV-014, además se muestra el detalle de los anclajes y desfogue
en la cuneta de la carretera en el mismo plano.
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6.1.8 Disipador de Impacto
El agua que transporta las tuberías de HDPE son llevadas hasta los
Disipadores de Impacto, los que se encuentran en la parte inferior de las
cárcavas y que tienen por finalidad disipar la energía que el agua ha
ganado debido a la altitud de donde proviene.
El disipador de Impacto tipo I ha sido utilizado en las alternativas 2 y 3,
mientras que el disipador de impacto tipo II solo se utilizó en la alternativa 2.
El Plano TM-PTECH-GV-013 muestra los detalles de ambos disipadores
con vistas de planta, perfil y frontal.
6.1.9 Tubería de HDPE
El transporte del agua desde la parte superior de las cárcavas a la parte
inferior será mediante el uso de tuberías HDPE, las que por su flexibilidad
son efectivas para este sector y que resultan económicas en comparación a
las escaleras disipadoras de energía utilizadas en la Alternativa 1
(Consorcio Integral-Motlima).
Se consideraron tuberías con diámetros de 300mm y 450mm, dependiendo
del volumen de agua a transportar.
6.1.10 Cajas Colectoras y Amortiguador de Energía
Dado que el sector Las Vegas presenta la configuración de un Divortium
Acuarium, el agua que es transportada desde la parte superior a la parte
inferior mediante tuberías genera un gran poder erosivo, por tal motivo se
consideró la colocación de disipadores de energía en la parte inferior del
talud.
El perfil longitudinal de los disipadores de energía se muestra en el Plano
TM-PTECH-GV-017. Así mismo las dimensiones y refuerzo del Disipador de
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Impacto Tipo I está detallado en el Plano TM-PTECH-GV-013, estos
disipadores consideran a la salida una cama de grava gruesa de 30cm de
espesor sobre una capa de piedra emboquillada de 35cm.
Una caja colectora es ubicada según el Plano TM-PTECH-GV-017, la cual
se encuentra en el Km. 23+485, los detalles de esta caja se encuentran en
el Plano TM-PTECH-GV-014.
6.2
El Huanuqueño
Entre el km. 47 + 100 y el km. 47 + 450, la vía transcurre sobre un terreno
altamente inestable donde se han presentado deslizamientos y cárcavas,
que han sido objeto de varios tratamientos de efectividad parcial, como lo
son la conformación de bermas y la construcción de badenes. Los terrenos
son atravesados por corrientes de mediana jerarquía y alta torrencialidad
sobre el final del tramo, en las cuales las crecientes arrastran gran cantidad
de sedimentos, cantos y material vegetal. Otros flujos pequeños nacen
pocos metros arriba del talud sobre el coluvión, transcurriendo sobre el
talud afectado..
Todas estas aguas cruzan actualmente la vía por medio de badenes, siendo
insuficientes e inseguros para controlar todo el flujo, especialmente en la
parte final. En la parte inferior, o talud de aguas abajo, se presentan varios
surcos y cárcavas incipientes que son el resultado de la interacción
continua del agua en terrenos de pobres características geotécnicas. Gran
parte del material afectado por la erosión corresponde a escombros
arrojados desde la parte superior, y provienen de los cortes y remociones
de material efectuados.
6.2.1 Drenaje superficial
Se realizará mediante dos canales colectores denominados Canal Tipo 1 y
Canal Tipo 2. Estos serán de sección trapezoidal de 0.4 metros de base,
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talud Z = 1 y alturas de 0.40 y 0.60 m para los canales Tipo 1 y Tipo 2
respectivamente. Estos canales serán revestidos con una geomanta sobre
la cual se colocará una capa gravilla con tamaños comprendidos entre 2 y 6
mm y finalmente se colocará un revestimiento de bitúmen (emulsión
asfáltica inestable con 60% de asfalto).
El corte realizado para la construcción de estos canales dejará taludes
expuestos a la escorrentía superficial; para evitar que los canales se
obstruyan por sedimentos que caen de dichos taludes se ha considerado la
protección mediante engramado.
6.2.2 Estructura de Entrega
Los canales y cunetas en las banquetas descargarán el caudal colectado
mediante una estructura compuesta por una caja de recepción de concreto,
luego mediante una tubería de conducción (HDPE) se transportará el
caudal hacia la parte inferior de los taludes, para lo cual es necesario la
colocación de apoyos intermedios. Al final la tubería descargará sus aguas
a un amortiguador de energía que luego por rebose llevara las aguas al
badén. Las dimensiones de los diferentes tipo de estructuras y el refuerzo
de estas se muestran en el Plano TM-PTECH-HD-001 y los perfiles de
estas estructuras y cotas de fundación son mostrados en el Plano TMPTECH-GH-009.
6.2.3 Encauzamiento de las Quebradas
Para disminuir el poder erosivo y de arrastre de las quebradas se plantea la
construcción de diques de gaviones en el sector talud arriba de la vía. Para
el sector talud abajo se propone un sistema de protección para el badén y
el encauzamiento de las quebradas mediante canales de sección
trapezoidal revestidas con colchones de gaviones. Debajo del colchón se
colocará una geomembrana de impermeabilización entre dos mantos
geotextiles no tejidos y se colocara dentellones de gaviones separados
6.00m entre ellos.
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El detalle de los dentellones de gaviones en la salida de los canales de las
quebradas es mostrado en el Plano TM-PTECH-GV-008. Los perfiles de los
canales en las quebradas y sus pendientes se muestran en el plano TMPTECH-GV-007.
6.2.4 Control de Erosión
Para el control de la erosión del talud abajo de la carretera se propone la
instalación de una geomanta para facilitar el proceso de revegetación con
especies nativas de la zona. Mientras que para las zonas del corte en los
taludes se considera la colocación de engramado como se muestra en el
corte A-A del Plano TM-PTECH-GH-003.
De la misma manera, no se considera necesaria la reforestación de taludes
en zonas de derrumbes activos por ser de pequeña incidencia respecto a su
tamaño, así mismo las condiciones naturales de la zona permiten una
revegetación natural.
6.2.5 Sub-Drenaje
De la visita de inspección al sector y de la revisión del estudio realizado por
Integral-Motlima se ha considerado que no era necesaria la utilización de
sub-drenes en este sector, puesto se existe ausencia de flujos
subterráneos.
6.3
Deslizamiento Potencial
La zona se caracteriza por la presencia abundante de aguas de escorrentía
que fluyen libremente a través de los taludes de corte generando caídas de
bloques y desprendimientos de suelo residual y roca que conforman el
material predominante en la zona. En esta zona se ha construido un badén
por el que discurren las aguas de la quebrada, sin embargo antes del badén
existe otra quebrada en la que los deslizamientos se han vuelto activos.
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Para disminuir el poder erosivo y de arrastre de las quebradas se plantea la
construcción de 5 diques de gaviones en el sector talud arriba de la vía. En
esta alternativa también se contempla la ampliación del badén existente de
46 m a 80 metros de ancho. Este badén se inicia en la progresiva Km.
46+354 y termina en la progresiva Km. 46+435. Además, se propone un
sistema de protección para el badén mediante gaviones; debajo de los
cuales se colocará una geomembrana de impermeabilización entre dos
mantos geotextiles no tejidos.
Otra medida de mitigación importante es la de realizar un encauzamiento de
la quebrada para evitar la erosión.
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7.0
CONCLUCIONES

La erosión está determinada por los siguientes factores, en los cuales el
hombre no tiene capacidad de intervención; están dadas por la propia
naturaleza de los factores.
Indice R de Erosividad de la Lluvia
Factor K de Erosionabilidad del Suelo
Factor Topográfico LS

El hombre puede intervenir en los siguientes factores, mediante
prácticas de mecánicas y de conservación.
Factor de Cobertura Vegetal C
Factor de Prácticas de Conservación P

Como Prácticas de Conservación se recomienda en el Sector Las
Vegas, la revegetación de las laderas con especies nativas.

Como prácticas mecánicas se recomienda en los Sectores El
Huanuqueño y Deslizamiento Potencial, el drenaje de las aguas de
escorrentía superficial mediante canales de coronación revestidos con
material flexible.

Así también la construcción en los tres sectores, Las Vegas, El
Huanuqueño y Deslizamiento Potencial, de diques de contención en las
quebradas, para el control de la acción erosiva del agua y estabilización
de las cárcavas.
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REFERENCIAS

Wischmeier W.H y Smith D.D. (1978), “Predicting Rainfall Erosion Losses A
Guide To Conservation Planning”, U.S. Deparment of Agriculture,
Agricultural Handbook Nº537, Washinton D.C.

Gray D. y Sotir R. (1995),”Biotechnical and Soil Bioengineering Slope
Stabilization”, John Wiley H Sons, Inc New York.

Guevara E. (1991), “ Sistemas de Conservación y Rehabilitación de
Cuencas”, Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico de la Universidad
de Carabobo, Valencia, Venezuela

ITGE(1999), “ Manual de Estabilización y Revegetación de Taludes”, Editor
Carlos López Jimena, Madrid, España.
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