caso prÁctico de estabilidad de taludes final-geotecnia 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de

ESTABILIDAD DE TALUDES – CASOS PRACTICOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE

INGENIERIAEscuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica

“ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCAS ARENISCAS,

CALCÁREAS Y VOLCÁNICAS – CASOS PRÁCTICOS”

Curso : Geotecnia I

Docente : Ing. Reynaldo Rodriguez Cruzado

Integrantes : Bustamante Gonzales, Fausta YacoryFernandez Ortiz Sangay, Kory MelisaMarreros Quiroz, José AnthonyMoreno Llerena, Teresa MaximinaQuiliche Carrasco, Cristian PaulSaucedo Julcamoro, Katherine Magaly

Ciclo/Año : VII – 4°

Cajamarca, 16 de Octubre de 2013



DEDICATORIA

Dedicamos este trabajo a nuestros padres,

hermanos que nos apoyaron en todo momento,

para poder culminar con éxito.




AGRADECIMIENTO

Los resultados de este trabajo, agradecemos primero a

DIOS, por darnos la fortaleza necesaria para culminar

satisfactoriamente, a nuestras familias por su apoyo

incondicional durante el tiempo que duró el trabajo del

presente informe.




RESUMEN

La estabilidad de un talud depende tanto de su geometría-pendiente y altura- como de

las características intrínsecas del propio suelo que lo forma- ángulo de rozamiento

interno y cohesión- y que definen su resistencia a cizalla.

En este sentido un suelo sin cohesión por ejemplo una arena limpia y seca será

estable siempre y cuando su ángulo de rozamiento interno (Ψ) sea superior al ángulo

que forma el talud con la horizontal (β). En suelos cohesivos este valor aumenta, dado

que a la fuerza de rozamiento interno que se opone al movimiento se suma la

producida por la cohesión entre las partículas del suelo.

El desplazamiento de un talud se produce por la rotura y posterior desplazamiento de

una cuña de suelo a lo largo de un plano de debilidad, lo que ocasiona un

desmoronamiento total o parcial de dicho talud. Las cuales que producen este

deslizamiento son muy diversas como por ejemplo filtraciones de agua, vibraciones,

socavaciones, etc; lo que más difícil es su encuadre analítico.

Para poder realizar la estabilidad de taludes es necesario entender las causas que

producen la inestabilidad, algunas de dichas causas pueden ser por ejemplo: talud

muy empinado por corte o relleno, exceso de presión de poros (niveles freáticos altos

o interrupción de la trayectoria de drenaje), socavación por erosión del agua

superficial, perdida de resistencia con el tiempo por reptación e intemperismo, la

superficie de falla se determina con sondajes e inclinometros, estabilización de

derrumbe o deslizamiento mediante tendido de talud o uso de contrafuertes o

estructuras de retención.




ABSTRACT

The stability of a slope depends on its geometry , slope and height , as to the inherent characteristics of the soil itself that way - angle of internal friction and cohesion , and defining their resistance to shear .

In this sense an cohesionless soil such as a clean, dry sand will be stable as long as the internal friction angle ( Ψ ) is higher than the angle of the slope to the horizontal ( β ) . In cohesive soils this value increases as the internal frictional force that opposes the movement amount produced by the cohesion between the soil particles.

The displacement of a slope caused by rupture and subsequent displacement of soil wedge along a plane of weakness , which causes a partial or total collapse of the slope. Which they produce this slide are diverse such as water leaks , vibrations, undercuts , etc., what is your most difficult analytic .

To carry out slope stability is necessary to understand the causes of instability , some of these causes can be for example : very steep slope cutting and filling, excess pore pressure ( high water tables or interruption of the drainage path ) , scour surface water erosion , loss of strength with time for creep and weathering , the failure surface is determined by drilling and inclinometers , stabilizing landslides or slope slippage by laying or use of buttresses or retaining structures .




TABLA DE CONTENIDOS

DEDICATORIA................................................................................................................................ I

AGRADECIMIENTO....................................................................................................................... II

RESUMEN.................................................................................................................................... III

ABSTRACT................................................................................................................................... IV

TABLA DE CONTENIDOS...............................................................................................................V

TABLA DE FIGURAS.....................................................................................................................VII

INDICE DE TABLAS.......................................................................................................................IX

INTRODUCCION..........................................................................................................................10

OBJETIVOS..................................................................................................................................10

OBJETIVO GENERAL....................................................................................................................10

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................................10

1. LA FRACTURACION TERCIARIA EN LA FORMACION DE ARNEDO (CUENCA DEL EBRO, LA RIOJA): CONSEUENCIAS GEOTÉCNICAS..................................................................................12

1.1. RESUMEN...............................................................................................................12

1.2. INTRODUCCION......................................................................................................12

1.3. SITUACION GEOGRAFICA Y GEOLOGICA.................................................................13

1.4. GEOMETRIA Y DISTRIBUCION DE LAS DISCONTINUIDADES EN EL MACIZO ROCOSO15

1.5. ORIENTACION:........................................................................................................16

1.6. ESTADO DE ESTABILIDAD/ INESTABILIDAD REAL:...................................................17

1.7. CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LA ARENISCA DE ARNEDO.............................18

1.7.1. LINEA DE RESISTENCIA EXTRÍNSECA...............................................................18

1.7.2. RESISTENCIA DE LAS FRACTURAS A LA FRICCION............................................20

1.8. ANALISIS GEOMÉTRICO SIMPLE DE LAS CONDICIONES DE ESTABILIDAD, FALLASS PLANARES Y TIPOS DE CUÑAS............................................................................................20

1.9. EFECTO DE LA METEORIZACIÓN Y DISGREGACIÓN.................................................21

1.10. DISCUSION Y CONCLUSIONES.............................................................................23

1.11. ANÁLISIS Y RECOMENDACIONES........................................................................23

1.12. PROPUESTAS DE SOLUCIÓN PARA LAS ZONAS INESTABLES................................25

1.12.1. CONTENCIONES POR MEDIO DE PILOTES.......................................................25

1.12.2. CONSTRUCCION DE GAVIONES.......................................................................27

1.12.3. ESTABILIDAD Y SOPORTE MEDIANTE ACLAJES EN TALUDES ROCOSOS CONSIDERANDO ROTURA PLANAR.................................................................................28

2. CORRECCIÓN DE UN TALUD INESTABLE EN EL PUERTO DE JÁVEA (ALICANTE)...............29

2.1. RESUMEN...............................................................................................................29




2.2. INTRODUCCIÓN......................................................................................................29

2.3. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA............................................................................30

2.4. PATOLOGÍAS Y DESCRIPCIÓN DEL DESLIZAMIENTO................................................30

2.5. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD......................................................................................31

2.6. SOLUCIÓN DE ACTUACIÓN.....................................................................................32

2.7. AUSCULTACIÓN......................................................................................................34

2.8. CONSIDERACIONES FINALES...................................................................................34

2.9. INTERPRETACIÓN....................................................................................................36

3. CASO PRÁCTICO DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCAS VOLCÁNICAS: PROYECTO DE ESIMPLICACIONES GEOTÉCNICAS DE LAS SUCESIVAS REACTIVACIONES DEL DESLIZAMIENTO DE PAJONALES- ROSIANA (DEPRESIÓN DE TIRAJANA, GRAN CANARIA).................................37

3.1. INTRODUCCION......................................................................................................37

3.2. METODOLOGIA.......................................................................................................37

3.3. DESLIZAMIENTO DE PAJONALES-ROSIANA.............................................................38

3.4. CARACTERIZACION GEOTECNICA............................................................................39

3.5. ANALISIS DE ESTABILIDAD......................................................................................41

3.6. CONCLUSIONES......................................................................................................43

3.7. ANÁLISIS AL CASO PRACTICO EN ROCAS VOLCANICAS...........................................44

3.7.1. ENSAYOS GEOTECNICOS DE LABORATORIO....................................................44

3.7.2. CLASIFICACION DE LOS ENSAYOS....................................................................44

3.7.3. Límites de Atterberg.......................................................................................45

CONCLUSIONES..........................................................................................................................47

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS..................................................................................................47




TABLA DE FIGURAS

Figura N° 01: Situación Geológica de área de estudio dentro del contexto del anticlinal de Arnedo.......................................................................................................................................14

Figura N° 02: Esquema fotogeológico a detalle en el que pueden observarse las principales fracturas.....................................................................................................................................15

Figura N° 03: Diagramas de polos y densidad de discontinuidades, en los dos sectores por separado, del trazado de la nueva carretera..............................................................................16

Figura N° 04: Estereograma que muestra la orientación de las principales familias de discontinuidades y su relación con los taludes existentes en la nueva carretera.......................17

...................................................................................................................................................17

Figura N° 05: Curvas de frecuencia del tamaño de las discontinuidades observables a escala de afloramiento en Arenisca de Arneda. Se han representado por separado las distintas familias de discontinuidades medidas y la curva media para el conjunto total de las discontinuidades de las mismas. B- Curvas de frecuencia del espaciado de las fracturas...........................................17

Figura N° 06: Esquema simplificado del dispositivo acoplable a la prensa de compresión simple empleado para ensayar la resistencia al corte directo, con esfuerzo normal nulo, de probetas cilíndricas de roca.......................................................................................................................18

Figura N° 07: Representación en círculo de Mohr de los ensayos de compresión simple de las tres probetas cilíndricas de la arenisca de Arnedo, y de los puntos correspondientes a los ensaos de corte directo sin esfuerzo normal. B – Curvas esfuerzo-deformación obteniadas para los ensayos de compresión simple de las tres muestras citadas................................................19

Figura N° 09: Aspectos de uno de los deslizamientos en roca producidos en la carretera nueva Arnedo – Logroño; el deslizamiento está limitado lateralmente por do discontinuidades y en la parte trasera por una falla importante de orientación NNW-SSE..............................................22

Figura N° 10: Cuña tetraédrica de pequeño tamaño limitada en su parte basal por el plano de estratificación y dos fracturas correspondientes a las familias principales................................22

Figura N° 11: Representación de un gavión en talud.................................................................28

Figura N° 12: Estabilización de talud rocoso utilizando la técnica de anclajes...........................28

Figura 13: Vistas del deslizamiento: (a) Desde el puerto. (b) Desde la calle Caleta....................29

Figura 14: Esquemas de los estados inicial y final del talud.......................................................31

Figura 15: Análisis de estabilidad. Resultados en las hipótesis significativas: (a) Back-Analysis. (b) Situación con cargas en los viales. (c) Situación anterior con sismo. (d) Situación con saturación total..........................................................................................................................32

Figura 16: Vistas de algunas fases y detalles: (a) Colocación de primeras placas y rellenos iniciales. (b) Muro inferior. Primeros anclajes. (c) Muro superior. Inicio de rellenos. (d) Muro superior. Perforación de anclajes. (f) Retesado con gato monofilar. (g) Detalle de uno de los primeros anclajes retesados.......................................................................................................33

Figura 17: Vista final de la actuación..........................................................................................34

Figura 18: Mapa de formaciones geológicas del extremo nororiental de la Depresión de Tirajana (simplificado de Balcells et al., 1990 y Barrera et al., 1990). El sector donde se localiza el deslizamiento de Pajonales-Rosiana se indica con un rectángulo rojo...................................38




Figura 19. Panorámica (superior) y vista oblicua 3D (inferior) del deslizamiento de Pajonales-Rosiana indicando los escarpes principales de las distintas masas deslizadas (Pajonales I, II, III y Rosiana) y la localización de las nueve muestras recogidas.......................................................39

...................................................................................................................................................40

Figura 20: Carta de plasticidad de Casagrande. Sólo se ha representado las muestras que presentan plasticidad. Nótese que la muestra Ti 12 presenta una plasticidad muy alta en comparación con el resto de muestras......................................................................................40

Figura 21: (a) Modelo geológico-geotécnico considerando la topografía actual en el que se muestra la relación existente entre las unidades litológicas presentes. (b) Modelo geológico-geotécnico considerando la topografía reconstruida previa al deslizamiento y la superficie de rotura elegida para el deslizamiento de Pajonales I (línea roja)................................................42

Figura 22: Limites de consistencia o límites de Atterberg...........................................................45




INDICE DE TABLAS

Tabla N° 01: Orientación de las principales familias de fracturas en cada uno de los sectores estudiados..................................................................................................................................16

Tabla N° 02: Factores de seguridad (Fs) obtenidos para las discontinuidades planares y cuñas en los dos sectores estudiados, los resultados faltantes corresponden a valores negativos.....21

Tabla N° 03: Ejemplo de resistencia última de pilotes................................................................26

Tabla 04: Partes y características de los muros utilizados..........................................................32

Tabla 05: Tabla final comparativa...............................................................................................36

Tabla 06: Resultados del ensayo de resistencia al corte directo obtenidos para la muestra Ti 12....................................................................................................................................................40

Tabla 07: Parámetros geotécnicos empleados en el análisis de estabilidad retrospectivo del deslizamiento de Pajonales-Rosiana. c: cohesión, φ: ángulo de rozamiento interno, γ: peso específico. Valores tomados de González de Vallejo et al. (2005 y 20....08), Rodríguez-Losada et al. (2009), Serrano et al. (2007) y Rodríguez- Peces et al. (2013)...............................................41

Tabla 08: Análisis de sensibilidad realizado en el estudio de estabilidad retrospectivo del deslizamiento de Pajonales-Rosiana: valores de los factores de seguridad y condiciones de estabilidad obtenidos para caso.................................................................................................43

Tabla09: Propiedades geotécnicas empleados en los cálculos de estabilidad para cada uno de los materiales.............................................................................................................................46


INTRODUCCION

En el planeamiento de medidas efectivas de estabilización es importante

entender las causas de la inestabilidad. Las causas más comunes son: talud

muy empinado por corte o relleno, exceso de presión de poros causado por

niveles freáticos altos o interrupción de la trayectoria de drenaje, socavación

debido a la erosión de agua superficial y pérdida de resistencia con el tiempo

debido a procesos de reptación e intemperismo.

Un estudio geológico concienzudo y un programa detallado de exploración del

subsuelo son necesarios para determinar la causa del deslizamiento y planificar

las medidas correctivas. La superficie de falla deberá determinarse con

sondajes e inclinómetros más allá de la línea de falla.

Se intentará valorar el grado de seguridad (Fs) que tiene un talud determinado,

dados los parámetros resistentes del suelo que lo compone y la geometría del

mismo.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Analizar casos prácticos de estabilidad de taludes en rocas areniscas, carbonatadas y volcánicas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar los tipos de sostenimientos que se pueden usar en la estabilidad de taludes de rocas areniscas, carbonatadas, volcánicas.

Proponer métodos geotécnicos adicionales a los planteados en los cosas prácticos.

Comprender los métodos de dovelas utilizados en los diferentes casos prácticos.



ANALISIS DE CASOS PRACTICOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES




1. LA FRACTURACION TERCIARIA EN LA FORMACION DE ARNEDO (CUENCA DEL EBRO, LA RIOJA): CONSEUENCIAS GEOTÉCNICAS

Antonio M. Casas-Sainz

José E. Pitarch-Archelós

Teresa Román-Berdiel

1.1. RESUMEN

Se ha analizado desde un punto de vista geotécnico la fracturación de escala

meso estructural (deca a hectométrica) de las areniscas oligocenas de la

Formación de Arnedo (Cuenca del Ebro, La Rioja), en un tramo de la nueva

variante de la carretera comarcal LR-123 Arnedo-Logroño. Del análisis de la

orientación de los planos de falla se han obtenido tres familias de fracturación

dominantes, con orientación media N115E, 50 S; N155E, 60W y N025E, 60W. La

dirección de estas familias de fallas coincide con las de la fracturación hecto a

kilométrica determinada a partir del estudio fotogeológico. El tamaño de las

fracturas en afloramiento presenta un máximo absoluto en torno a 3-4 metros. La

densidad de la fracturación en el sector estudiado es muy alta: el espaciado medio

entre fracturas, también a escala de afloramiento, presenta una distribución

bimodal con máximos de 20y 45 cm. El ángulo de fricción de la mayor parte de las

fracturas sin relleno arcilloso está comprendido entre 30 y 35º. A partir de la

orientación de las fracturas y el ángulo de rozamiento de las mismas se ha

determinado la existencia de varios tipos de discontinuidades planares y cuñas

potencialmente inestables según la orientación y pendiente de las fracturas, que

coinciden con los importantes deslizamientos en roca que tuvieron lugar durante la

construcción de la nueva carretera. La meteorización y la penetración de agua en

las grietas abiertas han jugado un papel determinante en la inestabilidad de los

taludes.

1.2. INTRODUCCION

En los macizos rocosos la estabilidad de los desmontes y taludes naturales está

controlada fundamentalmente por las discontinuidades, su disposición dentro del

macizo, y las propiedades mecánicas de las mismas. La fracturación de un macizo.

En este sentido la orientación y distribución espacial de la deformación frágil

reviste una especial importancia como control fundamental de la estabilidad. La

metología de análisis de discontinuidades e macizos rocosos ha sido expuesta por

numerosos autores (fundamentalmente Hoek y Bray, 1977; pueden verse




resúmenes de los estudios realizados en Salcedo, 1978; ITGE, 1987; Alonso y Gili,

1989).

La metodología utilizada en la elaboración del estudio combina técnicas geológicas

con la mecánica de rocas. Los pasos seguidos han sido: 1. Cartografiado

geológico de detalle, localizando principales fracturas de escala hectométrica que

afectan los materiales estudiados. 2. El estudio de las fallas a escala de

afloramiento, determinando orientación, espaciado, tipo de relleno y condiciones

de inestabilidad real. 3. Ensayos para determinar propiedades geotécnicas

(cohesión y ángulo de fricción) en roca intacta y en principales tipos de fracturas.

Realizándose un análisis de estabilidad actual y futura de los taludes existentes,

considerando además la posible influencia de la alteración, debido a aguas

meteóricas.

1.3. SITUACION GEOGRAFICA Y GEOLOGICA

La zona estudiada está situada en el sector riojano de la Cuenca del Ebro, en el

límite N de lo que geográficamente constituye la depresión de Arnedo (Gonzalo

Moreno, 1979).

La depresión de Arnedo, drenado por el rio Cidacos, que discurre W-E. Limitada

hacia el S y W por el frente norte de las sierras de Cameros y hacia N y E por los

relieves en cuesta que forman los conglomerados y areniscas terciarios, el clima es

de tipo mediterráneo continentalizado, precipitaciones de ± 400 mm/año.

Estructuralmente constituye un gran anticlinal E-W. Flanco N presenta

buzamientos de 40 y 70°, además fallas dextrales NNW-SSE y un sistema de

pliegues anticlinal-sinclinal WNW-ESE, con buzamientos de su flancos hasta 30°,

además de fallas direccionales y normales de escala hectométrica (Casas Sainz,

1992)

Los materiales que atraviesa la carreta comarcal 123 en el tramo estudiado

corresponden a la Fm. De Arnedo (unidad A-2 de Muñoz, 1991 y Muñoz et al.

1987) y son areniscas rojizas de grano medio y grueso, con algunos niveles de

cantos. Aparecen bien estratificadas, con numerosas estructuras de bioturbación;

la potencia de los estratos varía entre 50cm y varios metros. Presentan cemento

carbonatado, con grado de cementación muy variable. Además de los materiales

terciarios, afloran en el sector estudiado varios niveles de sistemas glacis-terraza

cuaternarios. El más alto (nivel Q-3) se sitúa al N de Arnedo, y forma una banda de

dirección aproximada E-W. En la margen derecha del río Cidacos aparecen

también extensos glacis correspondientes al nivel Q-2, y por último la parte más

baja, incluida dentro de la llanura de inundación y el lecho actual del río se incluyen




en los niveles Q-1 y Q-0 respectivamente. El relieve es relativamente accidentado,

con un desnivel máximo de 280 m, desde el alto de las Tres Tetas (cota 681) hasta

el cauce del río Cidacos (cota 400).

Las fallas de escala meso-estructural que aparecen en el flanco N del anticlinal de

Arnedo se formaron durante el Oligoceno superior-Mioceno inferior, antes, durante

y después de la formación del anticlinal principal y sus pliegues asociados. Su

génesis está relacionada con la compresión de dirección NNW – SSE a N-S, de

acuerdo con un modelo simple de Anderson (1951): las familias de planos NE-SW

y NNW-SSE a N-S forman un sistema conjugado en cuya bisectriz aguda se sitúa

el eje de máxima compresión horizontal, y en la bisectriz obtusa el de mínima

compresión. La línea de intersección entre las dos familias principales de planos,

correspondiente al eje de esfuerzos intermedio, se encuentra inclinada y es

perpendicular al plano de estratificación medio (Casas Sainz, 1992).

Figura N° 01: Situación Geológica de área de estudio dentro del contexto del anticlinal de Arnedo




Figura N° 02: Esquema fotogeológico a detalle en el que pueden observarse las principales fracturas.

1.4. GEOMETRIA Y DISTRIBUCION DE LAS DISCONTINUIDADES EN EL MACIZO ROCOSO

Los planos de estratificación con superficies irregulares (paleocanales,

bioturbación), a lo largo el trazado de la nueva carretera las capas presentan

direcciones de 070 a 130, y el buzamiento ±30° N, estos no funcionan como planos

de deslizamiento.

Las discontinuidades más importantes que aparecen en la arenisca de Arnedo son

las fallas mecánicas estriadas formadas durante la compresión terciaria. Se han

medido orientaciones de 138 planos de fractura a lo largo de aproximadamente

1Km del trazado de la nueva carretera. Durante el proceso de toma de datos se ha

anotado para cada fractura, además de la orientación, las dimensiones visibles, el

tipo de relleno que presentan, el espaciado entre fallas de la misma orientación y si

la discontinuidad ha funcionado como plano de deslizamiento, con el tipo de

geometría de este, planar o en cuña. Para el estudio de las discontinuidades en la

arenisca de Arnedo, se dividió el trazado de la carretera en dos sectores: sector 1,

650m, con planos de falla de escala hectométrica, sector 2, 350m con nuevos

planos de falla y a menor escala que el anterior.




Figura N° 03: Diagramas de polos y densidad de discontinuidades, en los dos sectores por separado, del trazado de la nueva carretera.

1.5. ORIENTACION:

Constancia de la distribución espacial de la fracturación, consecuencia a su vez de

los esfuerzos compresivos N-S durante el Oligoceno en este sector de la cuenca

del Ebro.

Tabla N° 01: Orientación de las principales familias de fracturas en cada

uno de los sectores estudiados

TAMAÑO: Existe un número importante de fracturas de escala

hectométrica (entre 100 y 500 m de longitud), con orientación dominante

NE-SW y NNW-SSE. La falla de mayor longitud es de dirección

prácticamente paralela al trazado de la nueva carretera y aparece muy

cercana a esta.

ESPACIADO: El espaciado varía desde varios centímetros hasta 5 metros. RELLENOS: Existen dos tipos fundamentales de fallas: aquellas que no

presentan relleno de diferente litología en el plano, con escasa rugosidad; y

aquellas que presentan relleno de costras calcáreas de espesor en torno a

1-2 mm o relleno de varios cm de material arcilloso muy compacto y con

esquistosidad debida al movimiento de las fallas durante su formación.




1.6. ESTADO DE ESTABILIDAD/ INESTABILIDAD REAL:

No todas las fracturas con la misma orientación y con el mismo tipo de relleno presentan el mismo estado de inestabilidad.

Figura N° 04: Estereograma que muestra la orientación de las principales familias de discontinuidades y su relación con los taludes existentes en la

nueva carretera.




Figura N° 05: Curvas de frecuencia del tamaño de las discontinuidades observables a escala de afloramiento en Arenisca de Arneda. Se han representado por separado las distintas familias de discontinuidades medidas y la curva media para el conjunto total de las discontinuidades de las mismas. B- Curvas de frecuencia del espaciado de las fracturas.

1.7. CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LA ARENISCA DE ARNEDO

Se realizaron ensayos tanto en probetas de roca intacta como sobre bloques

fracturados.

1.7.1. LINEA DE RESISTENCIA EXTRÍNSECA

Se han realizado tres ensayos de compresión simple sobre probetas cilíndricas

extraídas de varias muestras de arenisca de los taludes estudiados. Una de las

muestra de roca de la cual se extrajeron las probetas presenta abundantes

discontinuidades cementadas con arcilla o costras carbonatadas. Las probetas

fueron extraídas de forma que sus ejes mayores forman diferentes ángulos con

el plano de estratificación. Los resultados muestran que existen diferencias

importantes de una de las muestras de roca con respecto a las otras dos,

debido fundamentalmente al menor grado de cementación que presenta. Las

tres probetas presentan un diámetro basal de 69 mm y alturas respectivas de

105, 154 y 200 mm. La resistencia máxima a la compresión simple fue de 23.2

MPa para la probeta A-1, 29.6 MPa para la A-2 y 12 MPa para la A-3, con

acortamiento máximo de 9.57 *10-3, 6.6*10-3 y 5*10-3 respectivamente.




Figura N° 06: Esquema simplificado del dispositivo acoplable a la prensa de compresión simple empleado para ensayar la resistencia al corte directo, con

esfuerzo normal nulo, de probetas cilíndricas de roca.

La probeta A-1 tiene la parte basal de arcilla, las discontinuidades previas

formaban un ángulo de 50° con la vertical, fracturas originadas durante el

ensayo presentaban ángulos de 25° con la vertical en la arenisca y 32° en el

tramo arcilloso. En la probeta A-2 la familia principal de discontinuidades

preexistentes, todas ellas con cemento carbonatado, formaba un ángulo de 22°

con el eje de la compresión. Durante la fracturación aparecieron dos familias de

fracturas, de18° y 26° de la vertical y una tercera familia subvertical.

A partir de estos datos se ha trazado la curva de resistencia intrínseca a la

comprensión de la arenisca de Arnedo (figura 7.A) para muestras bien

cementadas (A-1 y A-2). Puede observarse una diferencia clara con respecto a

la arenisca poco cementada (muestra A-3) que presenta valores de resistencia

muy inferiores. En la figura 7.B aparecen las curvas esfuerzo-deformación para

los tres ensayos de compresión simple realizados.




Figura N° 07: Representación en círculo de Mohr de los ensayos de compresión simple de las tres probetas cilíndricas de la arenisca de Arnedo, y de los puntos correspondientes a los ensaos de corte directo sin esfuerzo normal. B – Curvas esfuerzo-deformación obteniadas para los ensayos de compresión simple de las tres muestras citadas.

1.7.2. RESISTENCIA DE LAS FRACTURAS A LA FRICCION

Se realizaron 10 ensayos aplicando un esfuerzo tangencial sobre fracturas

naturales sometidas a distintas cargas normales, para determinar el ángulo de

rozamiento de las fracturas que no presentan ningún tipo de relleno. Usando

anillo dinamométrico, mediante un dispositivo similar al aparato de corte directo

portátil descrito por Hock y Bray (1977). Las muestras de fracturas tomadas en

el campo corresponden a partes de los dos bloques en contacto. Con el fin de

verificar los resultados obtenidos, se han hecho también pruebas de corte con

cargas normales bajas (ensayo de TILT-TEST descrito por Barton, 1971) sobre

las mismas fracturas. Todos los valores obtenidos se encuentran comprendidos

entre 30 y 35° con un máximo en torno a 32°.

1.8. ANALISIS GEOMÉTRICO SIMPLE DE LAS CONDICIONES DE ESTABILIDAD, FALLASS PLANARES Y TIPOS DE CUÑAS

Se ha tomado la orientación de las familias en los dos sectores, en la primera

aproximación (estereograma de la figura 4), es probable una falla planar a lo largo

de las familias 1.1, 1.2 y 2.3 y que prácticamente todas las familias de fracturas

tomadas dos a dos (excepto las intersecciones 2.1 * 2.2 y 2.2 * 2.4) pueden dar

cuñas cinemáticas inestables.

A partir de las ecuaciones de Hoek y Bray (1977) para el análisis de estabilidad en

cuñas de roca se ha desarrollado un programa de ordenador que permite calcular

los factores de seguridad, en seco y con saturación en aguas, de las cuñas

formadas por dos discontinuidades a partir únicamente de la orientaciones de las

fracturas y la cohesión y ángulo de rozamiento de cada una de ellas (Apéndice I).

El programa también realiza el cálculo de estabilidad de las discontinuidades

planares que resulten cinemáticamente inestables, añadiendo para ello los datos

de la altura del talud, distancia del borde del talud a la grieta de tracción y altura de

la columna de agua dentro de las discontinuidades planares que resulten

cinéticamente inestables. Se han realizado los cálculos de estabilidad a partir de

este programa y se han obtenido los factores de seguridad (tabla 2). Los valores

obtenidos en esta tabla resultan de considerar la cohesión despreciable, la

densidad de la roca seca 2.2 g/cm3 y de la roca saturada 2.3 g/cm3 (medidas a

partir de muestras reales), el ángulo de fricción de las fracturas 32°.




Y, en el caso de las fallas planares se ha establecido la altura medida del talud de

10 m. puesto que los factores de seguridad de las cuñas varían en función e la

orientación del talud, en la tabla 2 aparece el valor medio del factor de seguridad.

Tabla N° 02: Factores de seguridad (Fs) obtenidos para las discontinuidades planares y cuñas en los dos sectores estudiados, los resultados faltantes corresponden a valores negativos.

Observando la tabla, en el sector 1 el riesgo de deslizamientos tanto a lo largo de

las fallas planares como en cuñas es muy alto, dada la orientación absolutamente

desfavorable de los nuevos taludes abiertos en la carretera. En el sector 2 la

orientación de fracturas principales son algo diferentes y el riesgo de deslizamiento

por fallas individuales es menor, aunque en algunos casos se ha visto que forma un

ángulo relativamente bajo con el talud. La posibilidad de formar cuñas inestables

también es sensiblemente menor que en el sector 1, debido a la relación angular

entre cuñas y taludes.

1.9. EFECTO DE LA METEORIZACIÓN Y DISGREGACIÓN

Existe una gran influencia de la penetración del agua meteórica en las fracturas

para el cambio de sus condiciones de resistencia a la fricción. Esto se debe a la

disolución del cemento calcáreo y la disgregación de la roca en los dos labios de la

falla. El efecto se ve disminuido en el caso de las fracturas que presentan relleno

arcilloso, lo que puede explicar el hecho de que presenten menores índices de

deslizamiento real que las fracturas sin relleno.




Figura N° 08: Fotografía de dos de las principales familias de fracturas vistas sobre el plano de estratificación. Puede verse como las fallas forman un ángulo de unos 30° cuya bisectriz aguda aparece en dirección N-S, de acuerdo al método de Anderson (1951).

Figura N° 09: Aspectos de uno de los deslizamientos en roca producidos en la carretera nueva Arnedo – Logroño; el deslizamiento está limitado lateralmente por do discontinuidades y en la parte trasera por una falla importante de orientación NNW-SSE.




Figura N° 10: Cuña tetraédrica de pequeño tamaño limitada en su parte basal por el plano de estratificación y dos fracturas correspondientes a las familias principales.

1.10. DISCUSION Y CONCLUSIONES

A partir del presente estudio se ha comprobado la capacidad de los métodos

geológicos simples para investigar y predecir la estabilidad presente y futura de

taludes artificiales en roca. En el caso de la carretera de Arnedo la inestabilidad

real de los taludes ha estado condicionada fundamentalmente por la orientación

altamente desfavorable del trazado de la nueva carretera, paralela a algunas de

las direcciones preferentes de fracturación del macizo rocoso.

Gran parte de las cuñas cinemáticamente inestables con factor de seguridad bajo

(en la mayoría de ellas no alcanza el valor de 1), determinado a partir de los

métodos de Hoek y Bray (1977) han funcionado como deslizamientos.

La geometría de las cuñas de roca está fuertemente condicionada por la existencia

de un plano principal, que corresponde a la cara mayor de las cuñas, y otros

planos menores que las limitan lateralmente.

La resistencia a la compresión simple varía desde 12 hasta casi 30 MPa. A partir

de los ensayos sobre roca intacta se ha comprobado también las diferencias de

comportamiento entre fracturas preexistentes en la roca: algunas de ellas

presentan alta resistencia, bien debido a su cementación o bien a la presencia de

relleno arcillosos con esquistosidad, y no han funcionado como plano de

deslizamiento.

Finalmente, queda patente la importancia de la meteorización y penetración de

agua en las grietas, como factor de disgregación de la roca en las fracturas y

favorecer consiguientemente la eliminación de las rugosidades y con ello los

deslizamientos.

1.11. ANÁLISIS Y RECOMENDACIONES

Al analizar desde el punto de vista geotécnico la fracturación de escala meso

estructural de las areniscas oligocénicas de la Formación Arnedo (Cuenca del

Ebro, La Rioja, España), en un tramo de la nueva variante de la carretera comarcal

LR-123 Arnedo-Logroño. Se consideró técnicamente indicar la situación geológica

y estructural de la zona, entorno actual producto de la dirección de la compresión




NNW-SSE a N-S, calculado por el modelo de Anderson (1951), el mismo que se

basa en criterio de MohorColulomb, influyendo así en la distribución de las

discontinuidades del macizo rocoso, como la constancia de la distribución espacial

de la fracturación. Esta relación entre orientación de los esfuerzos y orientación de

la fracturación permite realizar predicciones sobre el comportamiento de los

materiales en el conjunto de la Formación de Arnedo, que extiende por todo el

flanco N del anticlinal, concluyendo con una caracterización geotécnica, realizados

los ensayos se observa que en fracturas que todavía no han sufrido ningun tipo de

meteorizacion ni de entrada de agua en la grieta los valores son mucho mas altos

debido a la rugosidad de las superficies en contacto. En cambio, en fracturas que

han sufrido la penetración de agua meteória, la arenisca, que presenta cemento

carbonatado, se disgrega rápidamente en las zonas adyacentes a la fractura con lo

que el efecto de las rugosidades disminuye rápidamente y el ángulo de rozamiento

baja hasta los valores normales.

Otro aspecto a considerar, es la posible ruptura de la roca intacta debida a la carga

vertical del propio macizo rocoso, Aunque es una forma de inestabilidad

improbable en macizos rocosos, debido a las características del macizo y sus

taludes: grandes fallas paralelas a los taludes que separan bloques

paralelepipédicos de gran altura. Teniendo en cuenta que la resistencia a la

compresión simple está comprendida entre 12 y 25 MPa, para cumplir las

condiciones de este tipo de ruptura se tendría que verificar la igualdad (para un

paralelepípedo de roca de longitud unidad, altura h y espesor l): ρgh / l = 12-

25.10 6 Pa

Con lo que h/l debería estar comprendido entre 500 y 1000, relación improbable en

taludes reales.

Existe un tipo de cuña no predecible mediante los métodos de análisis simple que

hemos utilizado. Son las cuñas tetraédricas limitadas por planos de estratificación,

normalmente de pequeño tamaño (figura 10), y cuya facilidad para deslizar

depende de las irregularidades en el plano de estratificación.

Finalmente, si nos preguntamos ¿Hasta qué punto ha influido la construcción de la

nueva carretera en las condiciones de deslizamiento potencial (inestabilidad

dinámica) de las fracturas? Quizá el único elemento a tener en cuenta en este

sentido es que el cambio de la microrred de drenaje, por creación de taludes y

depósitos nuevos de alta porosidad, puede favorecer la infiltración de agua en

fracturas que antes permanecían secas, en un área donde las precipitaciones son

escasas. En este sentido hay que señalar que según las indicaciones brindadas




las fallas comenzaron a funcionar como deslizamientos desde el primer momento

de apertura de los taludes y que se han mantenido como inestables desde

entonces.

1.12. PROPUESTAS DE SOLUCIÓN PARA LAS ZONAS INESTABLES

1.12.1.CONTENCIONES POR MEDIO DE PILOTES

Se pueden emplear para la estabilización de laderas naturales, de desmontes o

de terraplenes, siendo quizás el uso más estudiado en la bibliografía el

tratamiento de desmontes mediante pantalla única, formada por una sola fila de

pilotes.

Se han empleado mayormente en terraplenes situados en laderas naturales,

laderas formadas por arcillas de alta plasticidad y en esta oportunidad

consideraremos rocas areniscas con niveles de cantos, calizas y glacis

cuaternarios presentes en zonas. El más recomendado es para estabilizar este

tipo de laderas es contar con 2 filas próximas de pilotes, unidos en cabeza por

una viga encepado a través del cual pueden ejecutarse anclajes del terreno.

A. FORMA DE TRABAJO

Los pilotes vas cosiendo a modo de pasadores la superficie de la rotura.

Cuando más rígidos sean los elementos pasadores mayor momento tendrá

para un momento cortante y un mismo perfil de terreno. En cuanto a los

esfuerzos axiles, los pilotes suelen disponerse casi perpendicular a la superficie

de deslizamiento, de manera que resulten prácticamente nulos.

Otro tipo de situaciones en las que pueden ser de aplicación las pantallas de

pilotes son las laderas constituidas en su parte superior por depósitos

Coluviales, proclives a deslizar con un mecanismo traslaciones sobre el

sustrato en el que se apoyan.

B. METODOLOGÍA DE DISEÑO

Una vez tomada la decisión de emplear una pantalla se pasadores se procede a

los cálculos. Que en la actualidad son calculados mediante programas de cálculos




de estabilidad de taludes, junto con otros capaces de evaluar esfuerzos

(generalmente basados en el modelo winkler relaciona suelo-estructura).

Cualquiera sea el método se distinguen dos fases principales de diseño:

La obtención de la fuerza de estabilización necesaria para lograr el factor de

seguridad deseado.

El cálculo estructural de la pantalla para que soporte dicha fuerza:

La estimación de la distribución de la fuerza de estabilización a lo largo de los

pilotes.

La obtención de esfuerzos en la pantalla.

El cálculo estructural de la pantalla (armaduras necesarias).

Sección de pantalla: diámetro de los pilotes y separación.

Longitud de la pantalla

Introducción de sistemas de arriostramiento adicionales (anclajes en cabeza,

por ejemplo).

C. ASPECTOS RELACIONADOS CON EL DISEÑO DE LA PANTALLA

Si dicha pantalla se coloca muy próxima al pie de la superficie de deslizamiento, el

mecanismo de inestabilidad podría modificarse e intentar buscar una nueva salida,

por encima de la línea de pilotes

En definitiva, la posición idónea de la pantalla dependerá de la geometría del

problema y del perfil geotécnico en cada caso teniendo en cuenta el acceso.

D. SECCIÓN DE LA PANTALLA: DIÁMETRO Y SEPARACIÓN

Diámetro de los pilotes y su distanciamiento, así como la armadura, será

consecuencia directa de los esfuerzos que tengan que resistir.

Así, los diámetros de pilote más habituales para este tipo de aplicaciones varían

entre 1 y 2 m aproximadamente. Quizás los más frecuentes en España sean los de

1,2, 1,5 y 1,8 m de diámetro, por aunar un buen equilibrio entre tamaño y facilidad

de ejecución y contratación. Lógicamente, cuanto menor sea el diámetro, más

pilotes y/o más armadura será necesaria.

A efectos de mostrar un orden de magnitud de la resistencia disponible en los

pilotes como elementos pasadores, se muestra a continuación una tabla con los

momentos y cortantes últimos calculados para diversos calibres en el caso de

contar con las siguientes características tipo:

Hormigón de 30 MPa de resistencia característica y acero de 500 MPa de

límite elástico.




Armadura longitudinal: barras de 32 mm separadas 10 cm. Armadura

horizontal: cercos dobles de 20 mm cada 15 cm.

Axil nulo.

Tabla N° 03: Ejemplo de resistencia última de pilotes

Los esquemas de arriostramiento más empleados se llevan a cabo mediante:

La perforación de anclajes en cabeza de pantalla.

La ejecución de los pilotes en 2 ó 3 filas, al tresbolillo, uniendo sus cabezas

mediante una viga de atado (encepado).

Una combinación de las dos anteriores.

E. FACTOR DE SEGURIDAD.

En el caso de roturas de tipo traslacional se comprueba fácilmente que el

incremento del factor de seguridad es directamente proporcional a la magnitud de

la fuerza estabilizadora introducida.

Huder y Duerst (1981) analizaron este hecho, y dedujeron la siguiente expresión

para el caso de roturas traslacionales:

FS: incremento del factor de seguridad

W: peso de la masa deslizante

α: pendiente de la ladera

Sobre lo que no hay unanimidad, sin embargo, es sobre el valor del factor de

seguridad a alcanzar en estos casos. Como valores orientativos, puede apuntarse

que:

En general no se suele superar el valor 1,25.

Valores razonables estarían en el rango de 1,10 a 1,20.

En bastantes casos, además de los pilotes, las medidas de estabilización

pueden incluir la implantación de un sistema de drenaje profundo. Lo más

habitual en este tipo de situaciones es acudir a pozos interconectados,




ejecutados a veces con la misma maquinaria de pilotes, desde cuyo interior

se perforan drenes subhorizontales como en el caso de las areniscas y

calizas que favorecen la penetración de agua y la acumulación de

presiones intersticiales. En consecuencia, los drenes pueden resultar

especialmente eficaces si consiguen “pinchar” estas capas permeables, a

veces cargadas de agua.

1.12.2.CONSTRUCCION DE GAVIONES

El gavión se construye con una armadura de malla metálica de triple torsión (en

este caso), revestida interiormente con manta orgánica. Se rellena con tierra

desprendida de la ladera y de la propia explanación y desmonte.

Se riega y compacta en tongadas de 20-30 cm, utilizando una compactadora

de tipo "rana" que es transportable a mano. Dentro de cada gavión se efectúa

la plantación de esquejes de especies variadas compatibles con el clima y el

suelo de la región. Finalmente los gaviones quedan totalmente rellenos de

tierra y se procede a su tapado con la manta y la malla metálica. Pasado el

tiempo, las raíces han fijado el gavión al suelo y lo hacen mucho más estable.

Figura N° 11: Representación de un gavión en talud

1.12.3.ESTABILIDAD Y SOPORTE MEDIANTE ACLAJES EN TALUDES ROCOSOS CONSIDERANDO ROTURA PLANAR

El objetivo fundamental del anclaje es de sostener y por lo tanto reforzar tanto

las masas de los suelos o de rocas meteorizadas y diaclasadas debido a la

baja capacidad portante que poseen están propensas a fallar; de modo tal

que lleguen a estabilizarse. Teniendo en cuenta esencialmente si el tipo

de ruptura es planar en el macizo rocoso, uaremos este método, puesto que,

los anclajes introducen tensiones y deformaciones adicionales en la masa de

los suelos mejorando

la estabilidad general




y en donde el tipo de anclajes, el método de instalación, conjuntamente con los

aspectos geológicos más resaltantes juegan un papel preponderante en el

diseño del soporte.

Figura N° 12: Estabilización de talud rocoso utilizando la técnica de anclajes

2. CORRECCIÓN DE UN TALUD INESTABLE EN EL PUERTO DE JÁVEA (ALICANTE)

Realizado por: Francisco Ángel IZQUIERDO SILVESTRE1, Vicente IBARRA

DAMIÁ2 y Manuel CÁNOVAS CARREÑO3

2.1. RESUMEN

En los taludes del puerto de Jávea se ha actuado en varias ocasiones con

diferentes soluciones de corrección. El último deslizamiento se produjo en enero

de 2010, tras un periodo de lluvias. Los condicionantes existentes aconsejaron

actuar con dos muros escalonados y anclados (placas prefabricadas de hormigón

armado).En la solución adoptada se presentan los resultados de los análisis de

estabilidad y se señalan detalles.

2.2. INTRODUCCIÓN

El puerto de Jávea se ubica al pie de los acantilados del Cabo de San Antonio,

próximo al Parque Natural de El Montgó, en un área geológicamente compleja y

propensa a inestabilidades de laderas. En los taludes del puerto, y en varias

ocasiones, se ha debido actuar con diferentes soluciones de corrección.

1 Departamento de Ingeniería del Terreno - Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos - Universidad Politécnica de Valencia2 Demarcación de Costas en Valencia - Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente3 EL DESLIZAMIENTO DEL COMELLR DE SA GUIXERIA EN LA CARRETERA DE ANDRATX A ESTELLENCS DE LA SERRA DE TRAMUNTANA DE MALLORCA APLICACIÓN DEL MÉTODO DE NEWMARK PARA EL ESTUDIO DE LOS MOVIMIENTOS DE LADERA ACTIVADOS POR TERREMOTOS EN ANDORRA ESTABILIZACIÓN DEL CONTORNO ROCOSO DE UN YACIMIENTO ARQUEOLÓGICO (COVA DEL RINOCERONT) UBICADO EN UN ANTIGUO FRENTE DE EXCAVACIÓN DE UNA CANTERA DE ROCA CALIZA EN CASTELLDEFELS (BARCELONA) CORRECCIÓN DE UN TALUD INESTABLE EN EL PUERTO DE JÁVEA (ALICANTE) Intercontrol Levante S.A. Proyecto y Dirección de Obra


caso prÁctico de estabilidad de taludes final-geotecnia 1

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