1.3+inestabilidad+de+terrenos (1)

7/23/2019 1.3+Inestabilidad+de+terrenos (1)

1/74

Giovanni Vega

Ingeniero Civil en Minas


2/74

Definicin de Talud

Se entiende por talud a cualquier superficieinclinada respecto de la horizontal que hayan

de adoptar permanentemente las estructuras

de tierra o roca.


3/74


4/74

La fuerza que da lugar a un movimiento en masa es elpropio peso (P) de los materiales que forman la ladera.

A la componente tangencial favorable al movimiento ()se opone una fuerza de rozamiento (Fr) directamenteproporcional al esfuerzo normal a la superficie () y alcoeficiente de rozamiento interno caracteristico delmaterial ()


5/74

El movimiento en masa sucede cuando iguala o supera a la suma de la resistenciacohesiva del material (c) y la fuerza de

rozamiento (Fr).


6/74

Cuando los poros de los sedimentos se llenan de agua, sedestruye la cohesin entre las partculas, permitiendo quese deslicen una sobre otras con relativa facilidad.

Por tanto la saturacin

reduce la resistencia interna

de los materiales, los cuales

son puestos fcilmente enmovimiento por la fuerza de

la gravedad


7/74

Los factores condicionantes son aquellosque modifican el factor de seguridad de unaladera, pero sin que llegue a producirse elmovimiento.

Un factor condicionante puede ser cclico si

modifica el valor de Fs en torno a un puntomedio (sucesin de las pocas de lluvia), ypermanente si sus efectos son irreversibles(construccin de una carretera)


8/74

Losfactores desencadenantes reducen el factor

de seguridad por debajo de su equilibrio, siendo

la causa directa de los movimientos en masa


9/74

1 Factores condicionantes: Fs desciende hasta valores por

encima de 1 sin que llegue a producirse el movimiento.(Litologa, clima, pendiente, accin humana).

2 Factores desencadenantes: Modifican Fs, que tomavarios valores inferiores a 1 y se produce el movimiento.

(Lluvia torrencial, terremoto, accin humana, etc.)


10/74

Son procesos de inestabilidad que suponen laliberacin espordica de fragmentos rocosos.

Factores desencadenantes:

Ciclos de hielo-deshielo

Fuertes lluvias

Crecimiento de races

Obras humanas

Factores condicionantes:

Presencia de discontinuidades

Posicin de las discontinuidades

Relieve

Resistencia mecnica de la roca


11/74


12/74

1. Cada o desprendimientos

2. Vuelcos

3. Deslizamientos (rotacionales y traslacionales)

4. Flujos

5. Creep o reptacin superficial


13/74


14/74

Cuando el movimiento implica la cada librede fragmentos sueltos de cualquier tamao.

Es comn en zonas de muy alta pendientedonde el material suelto no puedemantenerse sobre la superficie.

Muchos desprendimientos se producencuando los ciclos de congelacin o la accinde las races de las plantas debilitan la roca.


15/74


16/74


17/74


18/74


19/74


20/74

Ocurren por lo comn en materiales arcillosos o ensuelos cuyo comportamiento mecnico este regidobsicamente por su fraccin arcillosa. En general afectaa zonas relativamente profundas del talud, siendo esta

profundidad mayor cuanto mayor sea la pendiente

Los deslizamientos rotacionales sedenominan segn donde para elextremo de la masa que rota.

Local

Base


21/74

Local: La superficie que rota para por el cuerpodel talud


22/74

Base: La superficie rota por el pie o adelante delmismo, afectando al terreno en que el talud se apoya.La superficie de este tipo de deslizamiento puedeprofundizarse hasta llegar a un estrato ms resistente

o ms firme de donde se encuentran el talud,provocando en este punto un limite en la superficie deldeslizamiento.


23/74

Flujo de tierra


24/74


25/74

Supone el movimiento del cuerpo del talud sobresuperficies planas asociados a la presencia de estratospoco resistentes localizados a poca profundidad del talud

Son tpicos de laderasnaturales formadas pormateriales arcillososproducto de la meteorizacinde las formaciones originales.

Se suelen producir por lasobrecarga impuesta por unterrapln construido sobre laladera. El movimiento ocurrecasi sin distorsin.


26/74


27/74

Se produce cuando el material se desplazapendiente abajo en forma de un fluidoviscoso. La mayor parte de los flujos estn

saturados en agua y se mueven siguiendo unaforma de lengua. (Fluencia del suelo conabundante cantidad de agua)

Es un tipo rpido de proceso gravitacional yafecta generalmente a zonas semiridas yvolcnicas


28/74


29/74

Cuando un aguacero o la fusin rpida de lanieve de una montaa crean una inundacinsbita en una regin semirida, grandes

cantidades de suelo inundan los causes deescorrenta prximo debido a que normalmentehay poca vegetacin que fije el material a lasuperficie. El producto final es una lengua delodo, roca y agua mezclados en movimiento

Los flujos de derrubios compuestosprincipalmente de materiales volcnicos sedenominanLahares.


30/74

EEUU (1980)

Lahar provocado por Volcn Sta Elena.

FLUJOSVenezuela(1999). 19.000 Muertos.


31/74


32/74


33/74

Es un tipo de proceso gravitacional que implicael movimiento descendente gradual del suelo

La congelacin o lahumedad eleva laspartculas segn unngulo recto conrespecto a la pendiente,

y el deshielo o la sequiapermiten que laspartculas vuelvan acaer a un nivel

ligeramente inferior.


34/74

Se presenta en la zona mas superficial de las laderas.Involucra grandes reas, es un proceso lento y no sepuede hablar de una superficie de deslizamiento


35/74


36/74

Para que se produzca la inestabilidad y puesta enmovimiento de una masa de terreno deben interveniry modificarse de forma conjunta varios factores.

Aunque las formas de la superficie terrestre se puedenconsiderar como resultantes de un sistema evolutivo y,por tanto, en continuo cambio, a la escala de tiempoen la que se producen estos movimientos del terreno,a algunos de los factores que intervienen en ellos se

les puede conceptuar como constantes o con pocavariabilidad a lo largo del tiempo y, a otros, comofactores variables que sufren modificaciones con ciertaperiodicidad.


37/74

Los primeros, seran de carcter pasivo ycondicionaran y conformaran el tipo derotura y su mecanismo.

De otro lado, los factores variables o activosinterferiran sobre los anteriores,

modificndolos y desencadenando lainestabilidad y puesta en movimiento delterreno, adems de determinar, en muchoscasos, la magnitud del proceso.


38/74

El conjunto de estos factorescomprende la siguiente relacin:

Factores constantes

- Naturaleza de los materiales

- Relacin estructura-ladera

- Pendiente topogrfica y morfologa de la ladera

-Vegetacin

Factores variables

- Climatologa

- Meteorizacin- Agua

- Erosin fluvial y costera

- Sismicidad de la zona

-Acciones antrpicas


39/74

Naturaleza de los materiales

La litologa de los materiales aflorantes y su grado de alteracin

condicionar sus caractersticas fsico-mecnicas y, por tanto, su

estabilidad potencial, por lo que el comportamiento variar de

unos materiales a otros an cuando acten sobre ellos con igual

intensidad los mismos factores. Los parmetros resistivos

dependern de la composicin mineralgica y de la textura,

compactacin, tamao, forma y cementacin de las partculas queformen la roca o sedimento. Por tanto, materiales poco

cementados, con tamaos de grano fino (limo-arcilla o arenas

limo-arcillosas), o de un amplio rango granulomtrico (derrubios

de ladera) son litologas ms propensas al deslizamiento.


40/74

La influencia de la composicin mineralgica de losmateriales es, en ocasiones, determinante para que seproduzcan inestabilidades.

En sedimentos con abundancia de minerales de la arcilla deltipo montmorillonita, se puede producir, en pocas de lluvia,un hinchamiento de estos minerales por la absorcin de aguaen su estructura molecular y posterior dilatacin, lo queprovoca una expansin del terreno, con aumentos devolumen que son problemticos si alcanzan el 5% y que, en

casos excepcionales, pueden llegar al 50%. Asimismo, ellavado de las sales contenidas en determinadas arcillasmarinas conduce a un reordenamiento en la estructura de laspartculas, pasando de floculadas a dispersas y dando lugar auna reduccin de la resistencia al corte.


41/74

Tambin, la alternancia o intercalacin demateriales de distinta naturaleza, y por tanto,con resistencia, compactacin y

permeabilidades diferentes, producirheterogeneidades en el comportamiento globalde la masa, que segn la tipologa de aqullas,tendr una respuesta variable a los factoresexternos que se manifiesten, lo que favorece la

aparicin de fenmenos de inestabilidad. Delmismo modo, el espesor de los diferentesmateriales podr determinar que el movimientosea superficial o profundo.


42/74

Relacin estructura-ladera

Otro aspecto de gran importancia a considerar frentea la estabilidad es la relacin y combinacin de la

disposicin geomtrica de los materiales aflorantes,con respecto a la orientacin, pendiente y altura de laladera natural o talud artificial.

En este sentido, debern observarse lasdiscontinuidades presentes (planos de estratificacin,fallas, diaclasas, esquistosidad), atendiendo a suinclinacin, orientacin, nmero, densidad,naturaleza y morfologa.


43/74

Estas caractersticas tienen gran importancia en

el caso de materiales rocosos (calizas,

areniscas, etc.), que seran estables de no ser

por la fisuracin y disgregacin que produce la

existencia e interseccin de estas

discontinuidades, al modificar las propiedades

de los materiales, lo que provoca que el macizorocoso, en su conjunto, adquiera una

resistencia menor que la roca inicial.


44/74

Asimismo, cuando la direccin de laestructura de los materiales con respecto a la

del terreno natural o talud artificial esparalela - y, por tanto,- coincidente, y dichosmateriales tienen una inclinacin laderaabajo, se facilita el desencadenamiento de

inestabilidades, que ser mayor cuanto mspequeo sea el ngulo de interseccin queformen ambas inclinaciones.


45/74

Estas circunstancias se vern favorecidas por lacirculacin del agua de infiltracin a travs de lasdiscontinuidades, que pueden actuar durante los

periodos de lluvia como superficies de despegue.

Las diferencias del estado tensional dentro de unmacizo rocoso conllevan que dentro de un

mismo sector geogrfico, la disposicin y elnmero de discontinuidades no sea constante y,por tanto, las condiciones de inestabilidadpuedan variar.


46/74

Pendiente topogrfica y morfologa de la ladera

La pendiente topogrfica y la altura de las laderas son factores que

condicionan el desarrollo de procesos de deslizamiento por su contribucin a

la inestabilidad de los materiales; tanto es as que son parmetros utilizadossistemticamente en la mayora de los mtodos de clculo de estabilidad de

taludes.

En terrenos homogneos, cada tipo de material tendr una altura crtica y un

ngulo mximo, a partir de los cuales se producir un desequilibrio

gravitacional, siendo posible la rotura. No obstante, en zonas muy hmedas, la

morfologa no tiene por qu

ser necesariamente abrupta para que materiales arcillosos, debido a la

saturacin, puedan generar movimientos rpidos, de tipo flujo, con velocidad

considerable.


47/74

Tambin, las caractersticas morfolgicas de laladera aumentarn o disminuirn su equilibrio, y yaque estas formas son adems el resultado de un

proceso evolutivo, nos servirn tambin comoindicadores de inestabilidad.

Una topografa abrupta, con valles profundos,grandes diferencias de altura entre vaguadas, alto

gradiente hidrulico, relieve escarpado, red dedrenaje densa y encajada, formas acarcavadas yladeras con morfologa cncava, es indicativa dezonas con alto potencial de inestabilidad.


48/74

De este modo, mediante la combinacin dedeterminados ndices morfolgicos y

morfomtricos del terreno, tales como lamorfologa, altura y pendiente topogrfica, lasuperficie y longitud de la cuenca superficial yde los conos de deyeccin, etc., se han

desarrollado mtodos para determinar lasusceptibilidad de rotura de una ladera.


49/74

Vegetacin

Es ste un factor controvertido, tanto en su uso

como parmetro a intervenir en la estabilidad,como en el papel que desempea.

Esto es debido tanto a las distintascircunstancias que se producen en la presencia

de la amplia variedad de especies vegetalesexistentes, dentro de las cuales algunas tienenun marcado carcter estacional, como a losefectos que en ellas se manifiestan.


50/74

Aunque es el factor menos constante de loshasta ahora reseados y no llega serdeterminante para la estabilidad global de una

masa de terreno, s condiciona de forma notablela accin de otros factores.

El efecto positivo que produce la vegetacin esel de mantener la estabilidad superficial del

terreno y evitar su degradacin, ya que las racescohesionan las partculas del suelo y disminuyenla disgregacin de los niveles superficiales.


51/74

La presencia de una cobertera vegetal tambinfavorece el drenaje por la absorcin del aguasuperficial del terreno, al tiempo que disminuye

el efecto producido por la erosin hdrica.

Como contribucin negativa, est la producidapor el efecto de cua realizado por algunas

races al desagregar el suelo, provocando losconsiguientes efectos mecnicos en grietas yfracturas.


52/74

Climatologa

Las causas que intervienen en losmovimientos del terreno estn muy influidaspor las caractersticas climatolgicas de lazona, que deben ser consideradas como

agentes que influyen en la formacin delrelieve por su repercusin en los procesosgeomorfolgicos.


53/74

Los efectos del clima se derivan principalmentede la pluviometra y temperatura. Por lo querespecta a las precipitaciones, no slo influye elvolumen total anual, sino tambin la distribucinestacional, el rgimen y su intensidad.

De esta manera, cuando las lluvias sontorrenciales, el impacto fsico de las gotas de

agua ataca enrgicamente el suelo y provoca ladisgregacin y removilizacin de las partculassuperficiales, que son arrastradas por el agua.


54/74

A su vez, la cantidad de lluvia cada en tan pocotiempo, excede la capacidad de infiltracin en elterreno, por lo que se produce una escorrenta

superficial que intensifica el efecto erosivo delagua sobre las laderas durante el transporte delsedimento y forma depsitos caractersticos alpie de las pendientes.

Si, por el contrario, el agua de lluvia se infiltralentamente, se produce un mayor grado desaturacin del terreno, que puede llegar aformar un nivel de agua subterrnea


55/74

En general existe una buena correlacin entre lafrecuencia de deslizamientos y la estacin delao, correspondiendo un mayor nmero deaqullos a los meses ms lluviosos.

Este fenmeno se incrementa en zonas muyhmedas y durante los periodos con lluvias msextensas e intensas aumenta tambin la

magnitud de los movimientos, ya que el terrenopresenta un elevado grado de saturacin comoconsecuencia de lluvias anteriores.


56/74

Por lo que respecta a las temperaturas,parmetro de menor importancia, cuanto msaltas y ms extremas sean, mayor ser su

influencia sobre los ciclos de humedad-sequedad del suelo.

Los cambios de temperatura originarn

procesos de expansin y contraccin de losporos del terreno, con los consiguientes efectossobre su grado de esponjamiento y saturacin.


57/74

Meteorizacin

Este factor produce una alteracin de la roca o delsedimento original de la ladera, cambiando su

resistencia y permeabilidad.

Las transformaciones qumicas, mineralgicas ytexturales que se generan durante el desarrollo de esteproceso, por la accin de reacciones de disolucin,

oxidacin, hidrlisis, etc., destruyen elempaquetamiento de los materiales, disgregan elconjunto y generan una prdida de la cohesin, lo quelleva en definitiva a una disminucin de su resistencia.


58/74

Agua

El agua es el agente que contribuye con mayor peso a lamodificacin de las condiciones de estabilidad de una

ladera.

Por una parte, provoca la disgregacin fsica de laestructura de las partculas del suelo, as como sualteracin qumica mediante procesos de disolucin,oxidacin, etc.

Todo ello genera cambios mineralgicos, composicionales ytexturales, lo que da como resultado, en ambos casos, unadisminucin de sus parmetros resistivos.


59/74

Por otra parte, cuando el agua se infiltra y

percola en el subsuelo a travs de poros y fisuras,

puede formarse un nivel de saturacin variable,

con un drenaje y un flujo determinado.

A nivel intuitivo, puede pensarse entonces, que

el papel desestabilizador del agua procede delefecto lubricante que sta produce sobre las

partculas y discontinuidades del terreno.


60/74

Sin embargo, su accin desestabilizadoraproviene tanto de la sobrecargaproporcionada por el peso del agua al ocupar

poros y fisuras antes vacos, como de laspresiones intersticiales.

Al tener un suelo saturado, constituido porpartculas slidas y agua, los esfuerzos sonabsorbidos en diferente proporcin porambos elementos.


61/74

Como el agua no puede soportar esfuerzoscortantes, se disminuyen las tensiones efectivasdel terreno, y se incrementa el esfuerzo de corte,

lo que afecta, por tanto, a la estabilidad.

Esto es de gran importancia cuando el terrenoest compuesto por una alternancia de capas

permeables e impermeables, ya que las primerasson capaces de desarrollar presionesintersticiales considerables.


62/74

Erosin fluvial y costera

Las laderas escarpadas de las riberas de los vallesfluviales se ven afectadas por el caudal y nivel de

agua.

Durante las crecidas se modifican las condicionesgeomtricas y erosivas y puede cambiar la posicin yextensin del cauce, al tiempo que aumenta la carga

hidrulica y la capacidad erosiva del ro.

De este modo, se induce una socavacin lateral en lasmrgenes y cambia la morfologa inicial de lasvertientes, aumentando su verticalidad.


63/74

Todo ello genera una disminucin de su soportepor la base, desarrollndose deformacioneselsticas e incrementndose el esfuerzo de cortesobre los materiales.

El mismo efecto de socavacin se produce en labase de los acantilados costeros por la accin delviolento choque de las olas durante los periodos

de tormenta, lo que acta como factormodificador y desestabilizador del relieve y de lalnea de costa.


64/74

Sismicidad de la zona

Los movimientos ssmicos son factores que

pueden acelerar y desencadenar grandes

movimientos de masa como resultado de la

generacin de una serie de vibraciones que se

asocian a un incremento de la aceleracinvertical y horizontal.


65/74

Estas oscilaciones provocan una sacudida del suelo,desplazan de su vertical a la componente de peso deuna ladera e inducen una mayor tensin tangencial de

cizalla en el plano de rotura.

Adems, como resultado de la alteracin delempaquetamiento de los granos del terreno, sedisminuye la cohesin, lo que en materiales poco

compactados y saturados se traduce en fenmenos delicuefaccin, generados por la compactacin y elaumento de la presin intersticial producida por lasvibraciones


66/74

Acciones antrpicas

Las actividades humanas pueden modificar

parte de los factores que se han tratadoanteriormente.

La intervencin en laderas naturales o laconstruccin de taludes artificiales, tender avariar las condiciones de equilibrio iniciales, ypodr originar procesos de inestabilidad.


67/74

Estas actividades pertenecen principalmente alcampo de la obra civil y a las actuacionesurbanas, sobre todo en aquellos municipiosubicados en zonas de montaa.

Una ladera en equilibrio estricto puede ponerseen movimiento cuando se sobrecarga en su partesuperior, situacin que se ocasiona por la

construccin de edificios, depsitos de agua ocarreteras sobre materiales que no puedenmantenerse estables bajo las nuevas condicionesde carga adicional.


68/74

A su vez, una excavacin en la base de una vertientenatural disminuye las tensiones estabilizadorasnormales y aumenta las restantes.

Esta circunstancia se produce en las construcciones alpie de un talud o, con mucha ms frecuencia, en elcaso de la ejecucin de obras lineales, principalmentecarreteras, cuyo trazado tiene una alta probabilidad

de atravesar zonas con desprendimientos ydeslizamientos activos o antiguos, adems de ser lacausa de la generacin de dichos movimientos.


69/74

Tambin en las acumulaciones artificiales demateriales, tales como vertederos de residuosurbanos, inertes y escombreras de mina puedendesencadenarse movimientos de masa si no sehan construido atendiendo a las condiciones deestabilidad y seguridad que requiere lageometra y la naturaleza del relleno.

En las obras pblicas, las inestabilidades deladera pueden constituir un grave problema emlas boquillas de los tneles, que adems puedengenerar subsidencia en zonas urbanas.


70/74

El nivel de agua en embalses puede estar sometido aimportantes variaciones estacionales.

Cuando las presas son sometidas a un desembalse

rpido tras un periodo de aguas altas, el nivel del vasodesciende con ms rapidez que el del agua existenteen los poros de los materiales circundantes, por lo quelas zonas que antes se encontraban bajo el aguapueden deslizar dentro del embalse.

Al perder parte del sustento por la base, los materialesque quedan por encima pierden apoyo,desarrollndose deslizamientos ladera arriba.


71/74

Por lo que respecta a las actuaciones urbansticas, la edificacin en zonas

de pendiente elevada comporta la ejecucin de muros de contencin, a

veces con drenaje insuficiente, que produce un efecto de retencin sobre

las aguas de infiltracin.

La expansin urbanstica conlleva, de modo paralelo a la edificacin, la

ejecucin de redes de abastecimiento, saneamiento y pluviales, cuyas

fugas provocan una infiltracin directa y continua en el terreno.

A estas infiltraciones puede unirse el riego de zonas ajardinadas, con lo

que, en su conjunto, se supera con creces la infiltracin pluvial anual.

Si estas fugas provocan movimientos del terreno, las conducciones rgidas

enterradas pueden fisurarse, y el fenmeno se autoalimenta de nuevo.


72/74

La actividad humana modifica las condicioneshidrogeolgicas del rea urbanizada.

Al estar ocupada por edificaciones y pavimento la prctica

totalidad del suelo urbano, no queda casi superficie paraque se produzca una infiltracin de agua de lluvia y undrenaje natural. Por tanto, la alimentacin principal de lasaguas subterrneas se produce por las fugas antessealadas, generando una humedad continua del terrenosubsuperficial.

Adems, esta infiltracin no se lleva a cabo por toda lasuperficie del suelo, sino que se localiza en determinadospuntos, provocando heterogeneidades en elcomportamiento del subsuelo.


73/74

A esto se suma que en pocas de lluvia, ya que elagua queda recogida por la red de alcantarillado,la inyeccin directa producida por los eventualesescapes de la red sea muy elevada, lo cual puedeproducir movimientos de masa repentinos.

Estas circunstancias aconsejan que en lasurbanizaciones realizadas sobre zonas

escarpadas, las redes de drenaje sean diseadas,proyectadas y ejecutadas atendiendo a lascaractersticas naturales del terreno.


74/74

Giovanni VegaIngeniero Civil en Minas

1.3+inestabilidad+de+terrenos (1)

Documents