ESTABILIDAD DE TALUDES-PRIMERA PARTE

Ing. Percy De La Cruz I.

MECNICA DE SUELOS APLICADA A CIMENTACIONES Y VAS DE TRANSPORTE

Semana trece

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASEscuela Profesional de Ingeniera Civil

INTRODUCCION

El anlisis de estabilidad permite disear los taludes, mediante el clculo de su factor deseguridad, y en funcin a ello plantear o definir el mtodo de estabilizacin que debenser aplicadas de existir presencia de deslizamientos. Es necesario el conocimientogeolgico y geomecnico de los materiales que forman el talud, el reconocimiento de losfactores que condicionan la estabilidad de los taludes y aquellos que actan comodesencadenantes de las inestabilidades de taludes. Ya que en funcin a ello podemosplantear las medidas necesarias para evitar o corregir los posibles deslizamientos.

Cuando un talud ha sufrido rotura, o deformaciones que impliquen riesgo deinestabilidad, deben adoptarse medidas de estabilizacin. Generalmente para undeterminado problema de inestabilidad, se pueden aplicar diversos tipos de solucin,para ello se tiene muchas alternativas aplicables: Lo ideal es aquel que sea mseconmico y a la vez, el ms efectivo. El costo del proyecto muchas veces condicionafinalmente la seleccin de un mtodo u otro. Por lo cual partiendo de las limitaciones decostos es conveniente plantear varias alternativas y para cada una de ellas, calcular suscostos totales, de modo que esto permita tomar las decisiones adecuadas.

INTRODUCCION

Las zonas montaosas tropicales, por ende los valles interandinos son muy susceptibles asufrir problemas de deslizamientos de tierra debido a que generalmente, se renen lossiguientes factores ms importantes para su ocurrencia tales como son la topografa,sismicidad, meteorizacin y lluvias intensas. Es necesario analizar varias alternativas y realizarlas comparaciones respectivas con la finalidad de obtener resultados que muestranalternativas adecuadas para el talud en estudio que sean econmicos y no dejando de ladotambin la parte tcnica.

Los problemas de estabilidad de taludes no pueden ser resueltos con soluciones tabuladas,ya que no hay deslizamientos iguales. Una inestabilidad suele tener origen en la convergenciade mltiples condicionantes de carcter local.

OBJETIVOS:

Entender el desarrollo y forma de taludes naturales

Evaluar la estabilidad en corto y largo plazo

Analizar derrumbes y entender mecanismos de falla

Conocer las medidas de estabilizacin de taludes

Comprender los criterios de anlisis de estabilidad

Permitir la evaluacin de taludes o laderas deslizados

PROBLEMTICA

Retrasos en tiempos de transporte

Perdidas econmicas

Algunas veces perdidas humanas

Problemas sociales

APLICACIN

En cualquier proyecto de ingeniera civil como: Carreteras Ferrocarriles Canales Minera Edificaciones, habilitaciones urbanas, etc.

Normalmente se requiere conformar plataformas y en muchos casos esnecesario excavar y/o rellenar el terreno, dando lugar a la conformacin detaludes.

Los taludes deben ser proyectados de tal forma que sean estables y seguros.

MARCO TEORICO PARA HACER UN ANLISIS DE ESTABILIDAD Y DESLIZAMIENTO DE TALUDES

2.6.1. NOMENCLATURA DE UN TALUD O LADERA

Los taludes y sus procesos son estudiados por una gran variedad de disciplinas delconocimiento tales como: La geologa, la geomorfologa, la geotecnia, las ciencias delsuelo, la hidrologa, las ciencias forestales, etc. Adems, muchas otras disciplinas tienenrelacin con los taludes y sus efectos o implicaciones: la arquitectura, la planeacinurbana, la ingeniera en todas sus especialidades, la agricultura, el turismo, etc. (Surez,2009).

El resultado es la presencia de mltiples ciencias en las cuales se utiliza gran variedad detrminos para describir procesos similares

Concepto de talud o ladera

Un talud o ladera es una masa de tierra que no es plana sino que posee pendiente ocambios de altura significativos. En la literatura tcnica se define como ladera cuando suconformacin actual tuvo como origen un proceso natural y talud cuando se conformartificialmente (figura 2.02).

Las laderas o taludes que han permanecido estables por muchos aos, pueden fallardebido a cambios topogrficos, ssmicos, a los flujos de agua subterrnea, a los cambiosen la resistencia del suelo, la meteorizacin o a factores de tipo antrpico o natural quemodifiquen su estado natural de estabilidad. Un talud estable puede convertirse en undeslizamiento (Surez, 2009).

NOMENCLATURA DE UN TALUD O LADERA

a) Talud artificial (corte o relleno) b) Ladera natural

Figura 2.02. Nomenclatura de taludes y laderas (Surez, 2009)

PARTES DE UN TALUD

Surez (2009) define los siguientes elementos constitutivos en un talud o ladera:

Pie, pata o base: El pie corresponde al sitio de cambio brusco de la pendiente en la parteinferior del talud o ladera. En esta parte ocurren principalmente procesos de depositacin.

Cabeza, cresta, cima o escarpe: Se refiere al sitio de cambio brusco de la pendiente en laparte superior del talud o ladera. Cuando la pendiente de este punto hacia abajo es semi-vertical o de alta pendiente, se le denomina escarpe. Los escarpes pueden coincidir concoronas de deslizamientos. En esta parte se presentan procesos de erosin.

Altura: Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza del talud, la cual se presentaclaramente definida en taludes artificiales, pero es complicada de cuantificar en lasladeras debido a que el pie y la cabeza generalmente no son accidentes topogrficos bienmarcados.

Altura de nivel fretico: Es la distancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta elnivel de agua (la presin en el agua es igual a la presin atmosfrica). La altura del nivelfretico se acostumbra medirla debajo de la cabeza del talud.

Pendiente: Es la medida de la inclinacin de la superficie del talud o ladera. Puedemedirse en grados, en porcentaje o en relacin m:1, en la cual m es la distancia horizontalque corresponde a una unidad de distancia vertical. Ejemplo: 45 = 100% = 1H:1V.

PARTES DE UN TALUD

Figura 2.03. Partes generales de un talud o ladera (Surez, 2009).

CRITERIOS PARA SELECCIONAR UN FACTOR DE SEGURIDAD PARA DISEO DE TALUDES

Tabla 2.02. Criterios para seleccionar un factor de seguridad para diseo de taludes (Suarez, 2009)

2.6.3. NOMENCLATURA DE LOS PROCESOS DE MOVIMIENTOLos procesos geotcnicos activos de los taludes y laderas corresponden generalmente, amovimientos hacia abajo y hacia afuera de los materiales que conforman un talud deroca, suelo natural o relleno, o una combinacin de ellos. Los movimientos ocurrengeneralmente, a lo largo de superficies de falla, por cada libre, movimientos de masa,erosin o flujos.

En la figura 2.03 se muestra un deslizamiento o movimiento en masa tpico, con susdiversas partes cuya nomenclatura segn Surez (2009) es la siguiente: Cabeza Cima Corona Escarpe principal Escarpe secundario Superficie de falla Pie de la superficie de falla Base Punta o ua Cuerpo principal del deslizamiento Superficie original del terreno Costado o flanco Derecha e izquierda.

NOMENCLATURA DE LAS DIFERENTES PARTES QUE CONFORMAN UN DESLIZAMIENTO

Figura 2.03. Nomenclatura de las diferentes partes que conforman un deslizamiento (Surez, 2009).

2.6.4. CLASIFICACIN DE LOS MOVIMIENTOS Surez (2009) describe la clasificacin de los movimientos en masa y presenta el sistemapropuesto originalmente por Varnes (1978), el cual menciona los principales tipos demovimiento y presenta algunas adiciones tal como se detalla en seguida:

A. CADO

Cado es el desprendimiento y cada de materiales del talud. En los cados se desprende unamasa de cualquier tamao desde un talud de pendiente fuerte a lo largo de una superficie enla cual el desplazamiento de corte es mnimo o no se da.

Este desplazamiento se produce principalmente por cada libre, a saltos o rodando (Figura2.04). Los cados de suelo, en escarpes semi-verticales, representan un riesgo importante paralos elementos que estn debajo del talud. Los cados pueden incluir desde suelo y partculasrelativamente pequeas, hasta bloques de varios metros cbicos.

Figura 2.04. Esquema de cados de roca y residuos (Surez, 2009)

Figura 2.04. Cado o desprendimiento

de suelo (Surez, 2009)

B. INCLINACIN O VOLTEO

Este tipo de movimiento consiste en una rotacin hacia adelante de una unidad o unidades dematerial trreo. Generalmente, los volcamientos ocurren en las formaciones rocosas, perotambin, se presentan en suelos cohesivos secos y en suelos residuales. La inclinacin puedeabarcar zonas muy pequeas o incluir volmenes grandes hasta de varios millones de metroscbicos. Varan de extremadamente lentas a extremadamente rpidas.

Dependiendo de las caractersticas geomtricas y de la estructura geolgica, la inclinacinpuede o no terminar en cados o en derrumbes. Las fuerzas que producen el volcamiento songeneradas por las unidades adyacentes, el agua en las grietas o juntas, las expansiones y losmovimientos ssmicos (Surez, 2009).

Figura 1.10. Volteo o inclinacin en

materiales residuales (Surez, 1998)

C. REPTACIN

La reptacin o creep consiste en movimientos del suelo subsuperficial desde muy lentos aextremadamente lentos sin una superficie definida de falla. La profundidad del movimientopuede ser desde pocos centmetros hasta varios metros. Generalmente, el desplazamientohorizontal es de unos pocos centmetros al ao y afecta a grandes reas de terreno. Lasevidencias de reptacin consisten en la inclinacin de postes y cercas y/o la inclinacin ocurvatura de los troncos de los rboles y arbustos.

La reptacin puede preceder a movimientos ms rpidos como los flujos o deslizamientostraslacionales. La reptacin comnmente ocurre en las laderas con pendiente baja a media(Surez, 2009).

Figura 1.20. Esquema de un proceso

de reptacin (Surez, 2009)

D. DESLIZAMIENTO

El deslizamiento consiste en un desplazamiento de corte a lo largo de una o varias superficiesde falla, que pueden detectarse fcilmente o dentro de una zona relativamente delgada(Figura 2.05). Los deslizamientos pueden obedecer a procesos naturales o a desestabilizacinde masas de tierra por el efecto de cortes, rellenos, deforestacin, etc.

El movimiento puede ser progresivo, o sea, que no se inicia simultneamente a lo largo detoda la que sera la superficie de falla, sino que se va generando en un proceso gradual. Lasuperficie de falla es una zona de determinado espesor, en la cual se producen cambiosvolumtricos y desplazamientos relacionados con la falla o rotura, al cortante de losmateriales.

Los desplazamientos en masa se pueden subdividir en subtipos denominados deslizamientosrotacionales, deslizamientos traslacionales o planares y deslizamientos compuestos derotacin y traslacin.

Figura 2.05. Deslizamientos en

suelos blandos (Surez, 2009)

D.1. DESLIZAMIENTO ROTACIONAL

En un deslizamiento rotacional, la superficie de falla es formada por una curva o es cncavahacia arriba cuyo centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpodel movimiento. El deslizamiento de rotacin posee una serie de agrietamientos concntricosy cncavos en la direccin del movimiento. El movimiento produce un rea superior dehundimiento y otra inferior de deslizamiento, lo cual genera, comnmente, flujos demateriales por debajo del pie del deslizamiento (Figura 2.06). La cabeza del movimiento oscilahacia atrs y los rboles se inclinan, de forma diferente, en la cabeza y en el pie deldeslizamiento.

a) Movimiento de las masas de tierra b) Movimiento de los rboles

Figura 2.06. Deslizamiento rotacional tpico (Suarez, 2009)

D.1.1. CURVATURA DE LA SUPERFICIE DE FALLA

Los deslizamientos estrictamente rotacionales (crculos de falla) debido a su facilidad deanlisis son el tipo de deslizamiento ms estudiado en la literatura. En las zonas tropicalescuando existe rotacin, la superficie de falla generalmente es curva.

En la mayora de los desplazamientos rotacionales se forma una superficie cncava en formade cuchara (Figura 2.07). Los desplazamientos rotacionales generalmente tienen unarelacin Dr/Lr entre 0.15 y 0.33 (Skempton y Hutchinson, 1969; citado por Surez, 2009).

Generalmente, la forma y localizacin de la superficie de falla est influenciada por lasdiscontinuidades y juntas o planos de estratificacin.

DESLIZAMIENTO DE ROTACION

Figura 2.07. Desplazamiento de rotacin en una ladera (Surez, 2009)

Figura 2.08. Deslizamientos

rotacionales en las Bambas -

Alternativa de acceso a

mineraducto - Apurmac-Per

(Carrasco, 2012).

D.1.2. TIPOS DE ROTURA CIRCULAR DE TALUDES EN SUELOSSegn el Manual de Ingeniera de Taludes del Instituto Geolgico y Minero de Espaa [IGME],(1986), la salida de superficies circulares sobre las que se produce la rotura puede originarseen tres partes diferentes del talud, segn las caractersticas resistentes del material einclinacin del talud, etc. (figura 2.09).

Si la superficie de rotura corta al talud por encima de su pie, se denomina superficie derotura de talud (deslizamiento superficial).

Cuando la salida se produce por el pie del talud y queda por encima de la base de dichotalud, recibe el nombre de superficie de rotura de pie de talud.

Si la superficie de rotura pasa por debajo del pie del talud con salida en la base del mismoy alejada del pie, se denomina superficie de rotura de base de talud (Deslizamientoprofundo).

Gonzales et al. (2002) mencionaron que los taludes en suelos rompen generalmente afavor de superficies curvas, con forma diversa condicionada por la morfologa yestratigrafa del talud.

Figura 2.09. Diferentes superficies circulares de rotura (IGME, 1986)

Segn Gonzales et al. (2002) y Surez (2009) se presenta diferentes modelos dedeslizamientos curvos o rotacionales tales como: Mltiple que se denomina a undeslizamiento que muestra movimientos del mismo tipo , generalmente ampliando lasuperficie de falla; en cambio, un movimiento sucesivo corresponde a movimientos repetidos,pero que no comparten la misma superficie de falla y el de tipo sencillo en donde se presentaun solo tipo de movimiento (figura 2.10).

El estudio de la estabilidad de un talud mediante formas de rotura circulares ha sido y esaltamente utilizado, pues se acerca razonablemente a la realidad en gran parte de los casos(IGME, 1986).

Figura 2.10. Tipos de deslizamientos rotacionales (Gonzales et al., 2002)

D.2. DESLIZAMIENTO DE TRASLACINEn el deslizamiento de traslacin el movimiento de la masa se desplaza hacia fuera o haciaabajo, a lo largo de una superficie ms o menos plana o ligeramente ondulada y tiene muypoco o nada de movimiento de rotacin o volteo (Figura 2.11). Los movimientos traslacionalestienen generalmente, una relacin Dr/Lr de menos de 0.1 (figura 2.07).

Sin embargo, un movimiento de rotacin trata de autoestabilizarse, mientras uno de traslacinpuede progresar indefinidamente a lo largo de la ladera hacia abajo. Los movimientos detraslacin son comnmente controlados por superficies de debilidad tales como fallas, juntas,fracturas, planos de estratificacin y zonas de cambio de estado de meteorizacin.

Figura 2.11. Deslizamiento de traslacin

D.2.1. Anlisis de superficies planasCuando existen discontinuidades planas en la roca o en el suelo del talud, se acostumbrarealizar el anlisis de falla a traslacin. Esta tcnica asume el deslizamiento traslacional de uncuerpo rgido a lo largo de un plano o a lo largo de la interseccin de dos planos, como el casode la falla en cua (Surez, 2009, p.131).

D.3. DESLIZAMIENTOS COMPUESTOS DE TRASLACIN Y ROTACINCon frecuencia se presentan movimientos que incluyen dentro del patrn de desplazamientogeneral, movimientos de traslacin y de rotacin. A estos movimientos se les conoce comocompuestos. Igualmente se pueden presentar hundimientos o extensiones laterales enforma conjunta. La mayora de los movimientos incluyen varios tipos de desplazamiento,aunque muchas veces slo predomina uno.

E. EXTENSIN LATERALSe denomina extensin o esparcimiento lateral a los movimientos con componentes,principalmente laterales, en taludes de baja pendiente. El mecanismo de falla puede incluirelementos no solo de rotacin y traslacin sino tambin de flujo. Generalmente, losmovimientos son complejos y difciles de caracterizar.

La falla es generalmente progresiva, o sea, que se inicia en un rea local y se extiende.

F. FLUJOEn un flujo existen movimientos relativos de las partculas o bloques pequeos dentro de una

masa que se mueve o desliza sobre una superficie de falla. Los flujos pueden ser lentos orpidos, as como secos o hmedos y los puede haber de roca, de residuos o de suelo o tierra.El flujo puede ser laminar a turbulento

La ocurrencia de flujos puede estar relacionada con los siguientes factores: Las lluvias, eldeshielo de nevados, los sismos y la alteracin de suelos sensitivos.

Los flujos se clasifican de acuerdo con las caractersticas del material deslizado en: flujos debloques de roca, flujos de residuos (detritos), flujo de suelo o tierra y flujos de lodo.

G. AVALANCHASCuando los flujos alcanzan grandes velocidades se clasifican como avalanchas. En lasavalanchas el flujo desciende formando una especie de ros de roca, suelo y residuosdiversos. Estos flujos comnmente se relacionan con las lluvias ocasionales de ndicespluviomtricos excepcionalmente altos, el deshielo de los nevados o los movimientos ssmicosen zonas de alta montaa y la ausencia de vegetacin.

H. MOVIMIENTOS COMPLEJOSCon mucha frecuencia los movimientos de un talud incluyen una combinacin de dos o mstipos de desplazamiento descritos anteriormente. A este tipo de deslizamiento que involucravarios tipos de movimientos, se le denomina Complejo.

A continuacin se describe la clasificacin de los movimientos de manera resumida segnVarnes (1978).

Nota. Tomado de Varnes (1978, citado por Carrasco, 2012)

Tabla 2.06. Clasificacin de los deslizamientos

Figura 03. Talud critico inestable Km 19+984 a Km20+170, carretera Quilcas-Ingenio, Huancayo (De La Cruz y Orosco, 2012)

Material

deslizado

Escarpes

Figura 04. Material deslizado en la zona de deslizamiento Km 20+040 y Km 20+150 (De La Cruz, 2012)

Figura 05. Inclinacin de rboles en el talud de estudio 20+030

Corona

Grietas

longitudinales

Figura 06. Presencia de grietas longitudinales en el Km 20+100 en el tramo crtico deslizado (De La Cruz, 2012)

Superficie de

falla circular

Figura 08. Falla de tipo circular en el Km 20 +065Figura 07. Falla circular mltiple en el tramo crtico Km 20+116 Carretera Quilcas-Ingenio, Huancayo (De La Cruz y Orosco, 2012)

Falla circular mltiple

2.7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LOS DESLIZAMIENTOS DE TALUDES

En el anlisis de los deslizamientos es de vital importancia el reconocimiento de los factores

que condicionan la estabilidad de los taludes y aquellos otros que actan como

desencadenantes de los movimientos. El conocimiento de ambos factores permite una

evaluacin del peligro existente y, por tanto, plantear las medidas necesarias para evitar o

corregir los posibles deslizamientos (IGME, 1986).

Gonzales et al. (2002) describieron que la estabilidad de un talud est determinada por

factores geomtricos (altura e inclinacin), factores geolgicos (que condicionan la presencia

de planos y zonas de debilidad), factores hidrolgicos (presencia de agua) y factores

geotcnicos o relacionados con el comportamiento mecnico del terreno (resistencia y

deformabilidad).

La susceptibilidad de que se produzcan movimientos en los taludes est condicionada por la

estructura geolgica, la litologa, las condiciones hidrogeolgicas y la morfologa propia de un

rea determinada.

FACTORES INFLUYENTES EN LA INESTABILIDAD DE LOS TALUDES

Factores condicionantes Factores desencadenantes

Estratigrafa y Litologa Sobrecargas

Estructura geolgica Cargas dinmicas

Condiciones hidrogeolgicas y comportamiento hidrogeolgico Cambios en las condiciones hidrogeolgicas

de los materiales Factores climticos

Propiedades fsicas, resistentes y deformacionales Variaciones en la geometra

Tensiones naturales y estado tenso-deformacional Reduccin de parmetros resistentes

Nota. Tomado de Gonzles et al (2002)

Tabla 2.07. Factores influyentes en la inestabilidad de los taludes

Segn IGME (1986) los factores que influyen en la estabilidad de taludes se describen endos grupos, como factores naturales y debidos a la actividad humana, pero el criterio es elmismo que la tabla anterior, en seguida se menciona dichos factores:a. Factores naturales: El agua (Rios y oleaje, aguas subterrneas y la lluvia), hielo y nieve,sismicidad y vulcanismo, actividad biolgica y subsidencia regional (movimientos que existenen la corteza terrestre).b. Factores debidos a la actividad humana (Factores antrpicos): Excavaciones, voladuras,sobrecargas y la actividad minera.

. LAS CORRIENTES DE AGUA SUBTERRNEA Y LA INFILTRACIN

Figura 2.9. Las corrientes de agua subterrnea y la infiltracin, son parmetros hidrogeolgicos muy

importantes en el proceso de activacin de deslizamientos (Surez, 2009)

CIRCULACION DE AGUA EN UNA LADERA

Figura 2.10. Esquema de circulacin del agua en una ladera (Gonzles et al, 2002)

Mayor igual Menor al

al mnimo mnimo

NO

SI

Talud Estable

Anlisis del modelo de

estabilidad (Equilibrio Lmite)

Evaluacin del talud, Exmen

del factor de seguridad

Estructuras

Geolgicas

Superficies de

falla

aguas

Subterrneas

Anlisis del mecanismo de

falla

Diseo de sistemas de

Estabilizacin

Comparacin de sistemas,

sistema mas viable

Evaluacin del talud con sistemas de

estabilizacin,examen del factor de seguridad

Investigacin preliminar

Rcoleccin y revisin

informacin existenteTopografa

Reconocimiento de

campo

Elaboracin de un plan

detallado de investigacin

Investigacin

geotcnica

Talud Inestable

Figura 3.01.

Diagrama de flujo

para el anlisis de

deslizamiento (De La

Cruz y Orosco, 2013)

DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL ANLISIS DE DESLIZAMIENTO

Ing. Percy De La Cruz I.

ESTABILIDAD DE TALUDES