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Informe donde se clasifica un macizo SMR RMR.
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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
CLASIFICACIÓN DE MACIZO ROCOSO
Ingeniería Geológica y Geotécnica
Facultad de Ingenierías Fisicoquímica
Escuela de Geología
Bucaramanga-Santander
2013
1
Contenido 1. INTRODUCCION ............................................................................................................................... 3
2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 3
4. MARCO TEORICO. ............................................................................................................................ 4
4.1. CONCEPTO DE MACIZO ROCOSO. ............................................................................................ 4
4.2. CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS. .................................................................................. 4
4.3. MARTILLO SCHMIDT ................................................................................................................. 5
4.4 INDICE SMR ............................................................................................................................... 5
5. UBICACIÓN Y MÉTODO DE TRABAJO............................................................................................... 5
6. TABLA DE DATOS ............................................................................................................................. 0
7. RESULTADOS ................................................................................................................................... 0
a) Tendencia de las Familias de Diaclasas (Diagrama de Rosetas) .................................................. 0
b) Cálculo de la Resistencia a partir del Martillo Schmidt y la densidad de la muestra: ................ 0
c) Cálculo del RQD teórico ............................................................................................................... 2
d) Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989) ................................................................ 3
e) Clasificación Geomecánica de taludes SMR ................................................................................ 5
f) Diseño de estabilización .............................................................................................................. 7
8. CONCLUSIONES ............................................................................................................................... 8
9. RECOMENDACIONES ....................................................................................................................... 9
10. BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................. 10
2
Figuras y Anexos.
FIGURAS.
Figura. 1: Zona de estudio generalizada (Fuente, Google Earth)
Figura 2: Zona de estudio detallada (Fuente, Google Earth)
Figura 3. Fotografía panorámica del talud y esquema del la zona 1, 2 y 3.
Figura 4: Diagrama de Rosetas
Figura 5: Ábaco utilizado para realizar la resistencia uniaxial a compresión,
determinada tomando como punto de partida los rebotes registrados en el
martillo con su respectiva inclinación, se determina la densidad de la
muestra en el laboratorio para luego realizar la intersección con los datos
del martillo obteniendo así la resistencia uniaxial a compresión.
Figura 6: Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989) tomado
de, Ingeniería Geológica (González de Vallejo)
Figura 7: Clasificación Geomecánica de taludes SMR. Tomado de,
Ingeniería Geológica (González de Vallejo)
Figura 8. Diseño de Malla con anclajes para estabilización del talud.
(tomado de geobrugg TECCO® estabilización y control de la erosión de
taludes y laderas inestables, con respeto al medio ambiente).
TABLAS
Tabla 1. Características Generales del Talud
Tabla 2. Características Geomecánicas del Talud
Tabla 3. Rebotes Zona Norte
Tabla 4. Rebotes Zona Sur
Tabla 5: Asignación de puntajes para la clasificación RMR
Tabla 6: Registro de las áreas correspondientes a cada zona del talud.
Tabla 7. Valores determinados para la clasificación SMR según el tipo de
rotura, en este caso se considera rotura por vuelco “T”.
3
1. INTRODUCCION
El método RMR (Rock Mass Raiting) fue desarrolla por BIENIAWSKI en 1972.
Este método de clasificación permite caracterizar y estimar la calidad de un
macizo rocoso de manera rápida, sencilla y de bajo costo en el trabajo de campo;
la clasificación RMR tiene en cuenta varios parámetros que reciben una valoración
según las características medidas en campopara luego asignar un puntaje que
dará posteriormente la posibilidad de conocer las particulares Geotécnicas
preliminares del macizo. Una vez realizada la clasificación RMR se da paso a el
ajuste geomecánico de taludes SRM teniendo en cuenta el tipo de fallamiento del
macizo rocoso.
2. OBJETIVOS
Adquirir capacidad de desarrollo ingenieril para plantear soluciones
coherentes ante casos problemas.
Realizar la caracterización Geotécnica del macizo rocoso teniendo en
cuenta los parámetros de clasificación RMR y el ajuste realizado para
taludes utilizando la clasificación SMR.
Determinar la estabilidad o inestabilidad del talud y con base en esto definir
diseños que mitiguen o eliminen impactos negativos en la sociedad.
4
4. MARCO TEORICO.
4.1. CONCEPTO DE MACIZO ROCOSO.
Macizo Rocoso, se le denomina al conjunto conformado por la matriz rocosa y las
discontinuidades que afectan al material de roca en conjunto. En cuanto a
propiedades geomecánicas, un macizo rocoso se considera como un medio
discontinuo, anisótropo y heterogéneo.
4.2. CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS.
La clasificación de macizos rocosos en base a aspectos geotécnicos, surge por la
necesidad de obtener parámetros geomecánicos que sean útiles en el diseño de
proyectos de ingeniería. Uno de los modelos de clasificación más utilizados es el
propuesto por Bieniawski en 1973, que se conoce como RMR (Siglas de Rock
Mass Rating).
En esta clasificación se tienen en cuenta aspectos como:
Resistencia uniaxial de la matriz rocosa
Grado de fracturación en términos del RQD
Espaciado de las discontinuidades
Condiciones hidrogeológicas
Orientación de las discontinuidades con respecto a la excavación
Para utilizar la clasificación RMR, se recomienda dividir el macizo rocoso en zonas
más o menos homogéneas, es decir, que tengan propiedades geológicas
similares. Para cada tramo definido, se toman datos referentes a las propiedades
de la matriz rocosa y a las discontinuidades que estén presentes.
Para la clasificación, se propone una tabla que sintetiza todos los parámetros de
clasificación (figura 6) y además se relaciona el índice resultante RMR, con la
clasificación del macizo rocoso (figura 7).
5
4.3. MARTILLO SCHMIDT
El martillo Schmidt o Esclerómetro es un aparato que dispone de un muelle en su
interior, y de una punta retráctil, la cual al ser presionada contra la roca, hace que
le muelle se dispare.
Para tomar la medida, se debe limpiar el área sobra la cual se va a colocar el
martillo, luego, se presiona le martillo hasta que salta el muelle. Hay que tener en
cuenta que el aparato se debe colocar perpendicularmente a la superficie. El valor
4.4 INDICE SMR
Éste índice se obtiene a partir del RMR, y sirve para evaluar la estabilidad de una
excavación en el talud. El índice SMR se halla para cada familia de diaclasas
identificada en el afloramiento, y se toma el menor valor de los obtenidos.
.
5. UBICACIÓN Y MÉTODO DE TRABAJO
Ubicación:
La zona de estudio tiene lugar en la vía que conduce del municipio de Girón
(Santander) hasta el aeropuerto, localizada en las coordenadas geográficas
7° 4,579´ N, 73° 11,012´O con una elevación sobre el nivel del mar de 831
metros.
Fig. 1: Zona de estudio generalizada (Fuente, Google Earth)
6
Fig. 2: Zona de estudio detallada (Fuente, Google Earth)
Método de Trabajo:
La toma de datos de campo se llevó a cabo en la zona mencionada
anteriormente, tomando como punto de partida una planilla de apuntes
donde se registran los datos de espaciado, continuidad, abertura, rugosidad
y rellenos de las diferentes familias de diaclasas medidas.
Se optó por “dividir” el talud en 3 zonas diferentes con el fin de facilitar el
trabajo para luego integrar los datos y generar una sola salida de resultado.
Se realizo toma de muestras de las zonas N y S respectivamente para
determinar la densidad del material y establecer una resistencia uniaxial de
compresión integrando los datos de rebote arrojados por el martillo
Schmidt.
Con base en los conocimientos previos de geología se determinó la
naturaleza de la roca en general con las diferentes composiciones
encontradas como relleno en las diaclasas.
6. TABLA DE DATOS
a. Registro de datos en la planilla (Tabla 1 – Tabla 2)
Tabla 1. Características Generales del Talud
II
Algo Meteorizada
I
Sanax
III
Medianamente
Meteorizada
IV
Muy Meteorizada
V
Completamente
Meteorizada
VI
Suelo
Residual
Muy Dura
(Varios Golpes)
5
Dura
( + 1 Golpe Martillo)
4
x
Extrem. Dura
(Solo raya
con Martillo)
6
HIDROGEOLOGÍA
RESISTENCIA "R"
ESCLERÓMETRO
Sin Presencia de agua xSeco
(con señales de agua)Húmedo Goteos Flujo
CAUDAL
ESTIMADO
OBSERVACIONES:
FRACTURACIÓN
Extremadamente Blanda
(Uña)
0
Muy Blanda
(Navaja)
1
RESISTENCIA DE MATRIZ
ROCOSA
GRADOS DE
METEORIZACIÓN
FORMACIONES
SUPERFICIALES DE
FRACTURAS
Blanda
(Punta Martillo)
2
Media
(1 Golpe Martillo)
3
Muy Bechificado
> 60
Pequeños
10-30
Muy Pequeños
> 30
Grandes
1-3
Medio
3-10
PLIEGUES FALLASOTROS: Intervenida para ampliacion de la
carreteraBLOQUES
Jv Juntas/m3
Muy Grandes
< 1
LITOLOGÍA NATURALEZA: Sedimentaria POTENCIA: ~ 23 m FORMACION Y EDAD:
NATURALEZA Y TEXTURA: Arenisca de grano medio MORFOLOGÍA: Ladera de pendiente media
1
Tabla 2. Características Geomecánicas del Talud
1 2
< 2
0
20
-60
60
-20
0
20
0-6
00
60
0-2
00
02
00
0-6
00
0
> 6
00
0
< 1
1-3
3-1
0
10
-20
> 2
0
< 0
.10
.1 -
0.2
5
0.2
5 -
0.5
0.5
- 2
.52
.5 -
10
> 1
0
10
- 1
00
10
0 -
10
00
I II III
IV V VI
1 2 3 4 5 6
104 66 x x x x 2 x x x
102 44 x x x x 2 x x x
102 76 x x x x 2 x x x
130 76 x x x x 2 x x x
275 80 x x x x 2 x x x
280 68 x x x x 2 x x x
300 67 x x x x 2 x x x
260 60 x x x x 2 x x x
73 83 x x x x 2 x x x
60 65 x x x x 2 x x x
65 65 x x x x 2 x x x
300 82 x x x x 2 x x x
270 85 x x x x 2 x x x
303 86 x x x x 2 x x x
201 53 x x x x 2 x x x
215 45 x x x x 2 x x x
Extr
em. s
epar
adas
Jun
tas
Extr
emad
amen
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un
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Mu
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VII
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IX S
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III S
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VII
I Lis
a
Filtraciónes
ZONAS
Co
mp
let.
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elo
res
idu
al
ESPACIADO
(mm)
CONTINUIDAD
(m)ABERTURA (mm) RUGOSIDAD
San
a
Alg
o M
eteo
riza
da
Med
ia M
eteo
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y M
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Flu
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Resistencia
Mu
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lan
do
Bla
nd
o
2
x
x
x
3
x
2
b) Fotografía general del talud y representación gráfica de las Zonas 1, 2 y 3
Figura 3. Fotografía panorámica del talud y esquema del la zona 1, 2 y 3.
7. RESULTADOS
a) Tendencia de las Familias de Diaclasas (Diagrama de Rosetas)
Fig. 4: Diagrama de Rosetas
El diagrama de Rosetas se realizó con el software Stereonett, dando como
resultado las tendencias de todas las familias de diaclasas, con esto se interpreta
lo siguiente: dado que la orientación y la inclinación del talud no están coincidiendo
con ningún dato estructural de las familias de diaclasas no ocurrirá fallamiento por
tendencias estructurales en las diaclasas y el talud.
Dato Estructural
del Talud 0/63
Tendencia de las
Familias de diaclasas
b) Cálculo de la Resistencia a partir del Martillo Schmidt y la densidad de
la muestra:
Fig. 5: Ábaco utilizado para realizar la resistencia uniaxial a compresión,
determinada tomando como punto de partida los rebotes registrados en el
martillo con su respectiva inclinación, se determina la densidad de la
muestra en el laboratorio para luego realizar la intersección con los datos
del martillo obteniendo así la resistencia uniaxial a compresión.
1
Tabla 3. Rebotes Zona Norte Tabla 4. Rebotes Zona Sur
Los datos registrados en las tablas 3 y 4 fueron obtenidos por los registros de los
rebotes sucesivos que se realizaron con el martillo Schmidt tanto en la zona Norte
como en la Sur; para la zona norte los datos arrojados no fueron muy buenos
obteniendo un promedio de rebotes de 16,4 R, mientras que en la zona sur se
obtuvo un promedio de 59,8 R con un total de 10 registros de datos, de los cuales
se eliminaron los 5 valores más bajos y se promediaron los restantes más altos
arrojando el resultado antes mencionado.
La manera de obtener el dato de la resistencia uniaxial a compresión, es ubicar los
datos promedios en la línea horizontal de la figura 5 teniendo presente la
orientación del martillo, una vez ubicado este dato, se toma el dato de densidad
arrojado del laboratorio y se ubica en las líneas de densidades con el fin de buscar
el punto de intersección entre el rebote y la densidad para luego proyectarlo al eje
“y” donde se indicara el valor la resistencia en Mpa. En nuestro caso la
resistencia uniaxial a compresión para la Zona Norte comprendida por la zona 3
dio σc = 20,1 Mpa ( ), con un ρ = 21,4 kN/m3,mientras que para la Zona
Surdelimitada por las zonas 2 y 1 respectivamente es σc = 150 Mpa (
)con un ρ = 22,1 kN/m3,indicando un mejor comportamiento en las zonas 1 y 2.
Una vez conocido el resultado de σc en las diferentes zonas, se remite a la tabla
de clasificación RMR y se le asigna un puntaje según el rango en el que se
encuentre situado el valor dado, en este caso para la Zona Norte se tienen 2
puntos, mientras que en la Zona Sur 12 puntos.
20 17 20 10 15
REBOTES REGISTRADOS EN LA
ZONA NORTE
REBOTES PROMEDIO
16,4
63 61 60 59 56
REBOTES REGISTRADOS EN LA
ZONA SUR
REBOTES PROMEDIO
59,8
2
c) Cálculo del RQD teórico
Se calcula el RQD teórico debido a que no se cuenta con testigos de sondeo para
realizar la relación entre la longitud del núcleo y los fragmentos no fracturados
mayores a 10 cm, por tanto de los datos tomados en campo se registró que el
espaciado de las juntas se encuentran en el intervalo de 0,2 – 0,6 metros,
permitiendo así aplicar la relación teórica para el cálculo del RQD.
𝑹𝑸𝑫 = 𝟏𝟎𝟎−𝟎,𝟏𝝀(𝟎,𝟏𝝀+𝟏); 𝒄𝒐𝒏 𝝀 = 𝟏 𝒆𝒔𝒑𝒂𝒄𝒊𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒏 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔
Aplicando la relación anterior, tenemos lo siguiente:
Para 0,2 metros de espaciado
𝑹𝑸𝑫 = 𝟏𝟎𝟎−𝟎,𝟏
𝟏
𝟎,𝟐 𝟎,𝟏
𝟏
𝟎,𝟐 +𝟏
= 𝟎,𝟎𝟑𝟐 ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟑,𝟐%
Para 0,6 metros de espaciado
𝑹𝑸𝑫 = 𝟏𝟎𝟎−𝟎,𝟏
𝟏
𝟎,𝟔 𝟎,𝟏
𝟏
𝟎,𝟔 +𝟏
= 𝟎,𝟒𝟏 ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟒𝟏%
Teniendo presente la relación de las diaclasas en las diferentes zonas de
clasificación del talud, se le asigna una puntuación de 3 a las zonas 1 y 3,
mientras que a la zona 2, 6 puntos. El porcentaje más crítico fue asignado a las
zonas 1 y 3, ya que son las zonas que presentan mayor diaclasamiento y poco
espaciado.
3
d) Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989)
Fig. 6: Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989) tomado de,
Ingeniería Geológica (González de Vallejo)
4
Basándose en los parámetros estipulados en la tabla de clasificación RMR y lo
datos registrados en la planilla de campo se obtuvo lo siguiente:
Tabla 6: Registro de las áreas
correspondientes a cada zona
del talud.
Tabla 5: Asignación de puntajes para la clasificación RMR
Debido a que el talud fue dividido en tres zonas diferentes para facilitar la toma de
datos, se debe tener presente el área de cada una de ellas para asignar una
puntación general y poder integrar las zonas en una sola, los valores registrados
en la tabla 5 corresponden a la base y la altura de las zonas 1, 2 y 3 (tomados de
Google Earth), para luego ser multiplicado por la puntuación que recibe cada zona
y ser dividido en la sumatoria del área total, en general es lo siguiente:
RMR = (A1*P1+A2*P2+A3*P3)/(A1+A2+A3)
RMR = (616,032*61+1426,2805*62+822,32*47)/(616,032 + 1426,2805 + 822,32)
RMR = 57,479
BASE 29,76 ALTURA 20,7
BASE 69,95 ALTURA 20,39
BASE 54,1 ALTURA 15,2
ZONA 1
ZONA 3
ZONA 2
AREA = B*H m^2
ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3
Compresion Simple 12 12 2
RQD (Teórico) 3 6 3
Separación entre
diaclasas10 10 10
Longitud de la
Discontinuidad4 4 4
Abertura 5 5 5
Rugosidad 3 1 1
Relleno 4 4 2
Alteración 5 5 5
Agua Freática 15 15 15
Corrección por
orientación de las
discontinuidades
0 0 0
Puntación General 61 62 47
AREA 616,032 1426,2805 822,32
PUNTUACION CON
AREA 37577,952 88429,391 38649,04
Σ Puntuación con Area 164656,383
PUNTUACION TOTAL 57,47905988
PUNTAJEPARÁMETRO DE
CLASIFICACIÓN
RMR
5
Con la puntuación obtenida RMR = 57,479, el macizo rocoso se clasifica como
Clase III de calidad media.
e) Clasificación Geomecánica de taludes SMR
Fig. 7: Clasificación Geomecánica de taludes SMR. Tomado de, Ingeniería
Geológica (González de Vallejo)
𝑺𝑴𝑹 = 𝑹𝑴𝑹 + 𝑭𝟏 ∗ 𝑭𝟐 ∗ 𝑭𝟑 + 𝑭𝟒
6
Tabla 7. Valores determinados para la clasificación SMR según el tipo de
rotura, en este caso se considera rotura por vuelco “T”.
Para determinar los valores F1, F2, F3 y F4, primero se identificó el tipo de
rotura del talud para luego proceder a calcular “T” (rotura por vuelco), en
las diferentes zonas de trabajo se tienen diferentes familias de diaclasas, se
ajustaron según la tendencia de cada una de ellas y se calcularon los
valores de F1, F2, F3; el cálculo del valor de F4 se determinó por método de
excavación lo que da un valor de 0 por excavación mecánica. Una vez
conocido los valores de “F” se aplica la ecuación mostrada en la figura 6
dando un valor SMR = 53,73:
𝑺𝑴𝑹 = 𝑹𝑴𝑹 + 𝑭𝟏 ∗ 𝑭𝟐 ∗ 𝑭𝟑 + 𝑭𝟒
𝑺𝑴𝑹 = 𝟓𝟕,𝟒𝟖 + 𝟎,𝟏𝟓 ∗ 𝟏 ∗ (−𝟐𝟓) + 𝟎
𝑺𝑴𝑹 = 𝟓𝟑,𝟕𝟑
1 2 1 2
αj 278° 66° 290° 208°
αs
T 98° 114° 110° 28°
F1
F2
βj 68° 51° 83° 50°
βs
T 131° 114° 146° 113°
F3
F4
RMR
SMR
FAMILIA DE
DIACLASAS
57,48
53,73
0 0 0
194°
-25 -25 -25
1 1 1
131°
0° N-S
63°
71°
0,15 0,15 0,15
ZONA 2 ZONA 3ZONA 1
1
109°
7
f) Diseño de estabilización
Al hacer uso de la clasificación geomecánica RMR, y la clasificación SMR junto
con el cálculo RQD; se determino que es un macizo rocoso de clase III y calidad
media (RMR) y clase III parcialmente estable (SMR), datos que son coherentes
con lo visto en campo, sin embargo éste talud tiene una rata de erosión
considerable ocasionado por efecto de la lluvia.
Teniendo en cuenta los datos obtenidos de los diferentes tipos de clasificación el
diseño o medidas que se recomiendan para estabilizar el talud son primero
suavizar el ángulo del talud, como segunda medida sería realizar unos drenes en
la parte superior del talud para que el agua sea direccionada hacia la alcantarilla,
de tal manera el proceso erosivo será más lento y en menor proporción. Sumado
a esto se aconseja cubrir el talud con una malla de alambre de acero que se fija
mediante anclajes para roca en la zona estable del talud. Debido a que la malla
se adaptara perfectamente a la superficie del talud como resultado del pretensado,
se evita el movimiento de masas del sueño y fragmentos de roca. Luego no habrá
necesidad de tener que vaciar las bolsas de material acumulado.
Figura 8. Diseño de Malla con anclajes para estabilización del talud.
(tomado de geobrugg TECCO® estabilización y control de la erosión de
taludes y laderas inestables, con respeto al medio ambiente).
8
8. CONCLUSIONES
El diagrama de rosetas permitió definir la tendencia de las juntas y
compararlas con la inclinación del talud, esta tendencia no coincide con la
inclinación del talud por lo tanto se considera que no ocurrirá un fallamiento
de tipo estructural.
El cálculo del RQD (rock quality designation) permitió definir las zonas
criticas del talud, las cuales son la zona 1 y la zona 3 con una puntuación
de 3, mientras que la zona 2 con un 6 puntos. Para definir estas
puntuaciones se tuvo en cuenta la relación entre las diaclasas y en las
diferentes zonas de clasificación del talud.
Según la clasificación RMR (rock mass rating) el macizo obtuvo una
puntuación de RMR= 57.479, esto es un macizo de clase III de calidad
media. Al realizar la corrección SMR (Slope Mass Rating) para poder
predecir el comportamiento de los taludes en roca con mayor precisión,
éste dio SMR: 53.73 lo cual lo clasifica como un macizo parcialmente
estable, resultado coherente con los análisis de RMR.
Se concluye que la estabilidad del talud es intermedia, sin embargo para
mitigar la posible inestabilidad que se pueda presentar, se recomienda
realizar un drene en la cabeza del talud y el cubrimiento del éste con una
malla de acero con anclajes que lleguen a la parte estable de la roca.
9
9. RECOMENDACIONES
El dato estructural de la dirección del talud se tomó sobre la parte plana del
talud, se recomienda para un análisis más acertado tomar una dirección
promedio de la inclinación.
10
10. BIBLIOGRAFIA
GONZALEZ LUIS, FERRER MERCEDES, ORTUÑO LUIS, OTEO CARLOS. ‘‘Ingeniería Geológica’’.
Editorial Pearson. Madrid. 2002.
GOOGLE EARTH
JAIME SUAREZ DIAZ, DESLIZAMIENTOS Y ESTABILIDAD DE TALUDES EN ZONAS TROPICALES,
Instituto de Investigaciones sobre Erosión y Deslizamientos.