UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURACurso : Estabilidad de las Construcciones

Docente : Ing. Wilson Sancarranco

Integrantes :Balarezo Eyzaguirre, Cristian D.Valladolid Rivera, Luis Eduardo. La Torre Huamn, Jos Adolfo.Ortiz Acaro, ngelVivanco la Fuente, Jos Carlos

Piura - 2009

ESTABILIDAD DE TALUDES

INTRODUCCINUn talud es toda superficie inclinada respecto a la horizontal quehaya de adoptar una estructura de tierra, bien sea en forma natural ocomo resultado de una obra de ingeniera.

Los taludes pueden ser naturales cuando se producen sin laintervencin de la mano del hombre (laderas) y artificiales cuandoson hechos por ste (cortes y terraplenes).

Muchas minas a cielo abierto alcanzan alturas de excavacinsuperiores a los 200 m, justificados por la necesidad de obtener elmayor beneficio econmico posible a travs de la extraccin mineral,lo que hace que los taludes finales sean ms elevados y escarpados.En la mina de Chuqicamata en Chile, con una profundidad de 645 m yun ngulo final del talud igual a 37 , se calcula que la disminucin de1 representa la prdida, en trminos de explotacin, de 100 millonesde toneladas de material rocoso (Rapiman, 1993).

En el talud o ladera se definen los siguientes elementos constitutivos:

AlturaEs la distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presenta claramente definida entaludes artificiales pero es complicada de cuantificar en las laderas debido a que el pie y lacabeza no son accidentes topogrficos bien marcados.

PieCorresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte inferior.

Cabeza o escarpeSe refiere al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte superior.

Altura de nivel freticoDistancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de agua medida debajo dela cabeza.

PendienteEs la medida de la inclinacin del talud o ladera. Puede medirse en grados, en porcentaje.

TIPOS DE FALLALos tipos de fallas ms frecuentes en los taludes son los siguientes:

1.- Falla por deslizamiento superficial:

Este tipo de falla se produce por la accin de las fuerzas naturales que tienden a hacer que las partculasy porciones del suelo prximas a su frontera deslicen hacia abajo. Este fenmeno es ms intenso cercade la superficie inclinada del talud debido a la ausencia de presin normal confinante.

Otras causas que pueden producir ste tipo de falla son: aumento de las cargas actuantes en la crestadel talud, disminucin de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante o en el caso de laderas naturales,razones de conformacin geolgica que escapan de un anlisis local detallado.

Este fenmeno se pone de manifiesto por una serie de efectos notables, tales como la inclinacin de losrboles debido al arrastre de las capas superiores del terreno, la inclinacin de postes, movimientosrelativos y ruptura de muros, acumulacin de suelos en las depresiones y falta de los mismos en laszonas altas, etc.

Se pueden mencionar dos tipos de deslizamientos: el estacional, que afecta slo la corteza terrestre, elcual soporta los cambios climticos en forma de expansiones y contracciones, y el masivo que afecta alas capas ms profundas y que es atribuido al efecto gravitacional.

2.- Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes.

Se trata de un mecanismo de falla que envuelve una cantidad importante dematerial, por lo que ya no se trata de un deslizamiento superficial sino de uno msprofundo, pudiendo llegar a producir una verdadera superficie de falla.

Este es un tipo de movimiento lento por lo que puede llegar a ser inadvertido.

La mayor parte de este tipo de movimientos estn asociados a ciertas estratigrafasque son favorables a ellos (laderas formadas por depsito de material sobre otrasestratificaciones firmes), al mismo tiempo que a flujos estacionales de agua en elinterior de la ladera, produciendo superficies de falla prcticamente planas.

3.- Falla por movimiento del cuerpo del talud (deslizamiento de tierra).

Este es un tipo de movimiento que se caracteriza por su brusquedad, el cual afectaa masas considerables de suelo, generando una superficie de falla profunda.

Se considera que la superficie de falla se forma cuando actan esfuerzos cortantessuperiores a la resistencia del material.

En el interior de la masa de suelo existe un estado de esfuerzos que vence, enforma ms o menos rpida, la resistencia al esfuerzo cortante del sueloproducindose la falla del mismo con la formacin del deslizamiento a lo largo delcual se produce la falla. Este tipo de movimientos es tpico de los cortes y de losterraplenes.

Existen dos tipos de falla:

A- rotacional

B- traslacional

En la falla rotacional se define una superficie de falla curva (generalmente asumida circular) a lolargo de la cual ocurre el movimiento del talud.

Cuando la superficie de falla pasa el pie del talud se origina la llamada falla de base. En el casoque pase justo por el pie del talud seria la falla al pie del talud y cuando la falla ocurre en elcuerpo del talud se produce la falla local.

La falla traslacional ocurre a lo largo de planos dbiles que suelen ser horizontales o muy pocoinclinados respecto a la horizontal.

La superficie de falla se desarrolla en forma paralela a los estratos dbiles, los cuales son,generalmente, arcillas blandas, arenas finas o limos no plsticos sueltos.

Frecuentemente, la debilidad del estrato est ligada a elevadas presiones de poros por el aguacontenida en las arcillas o a fenmenos de elevacin de la presin del agua en los estratos dearena (acuferos). Las fallas tambin estn muy ligadas a las temporadas de lluvia por la recargade agua de los suelos, ya que la absorben ms rpidamente de lo que se escurre por lo queaumentan de peso.

4.- Flujos

Este tipo de falla consiste en movimientos ms o menos rpidos de zonas localizadas deuna ladera natural donde los desplazamientos asemejan el fluir de un liquido viscoso noexistiendo una superficie de falla definida.

Este tipo de falla puede ocurrir en cualquier formacin no consolidada, presentndose enfragmentos de roca, depsitos de material, suelos granulares finos, arcillas, etc.

Los flujos se dividen en dos grupos:

a) Flujo en materiales relativamente secos:

En este grupo quedan comprendidos los flujos de fragmentos de roca, asociados afenmenos de presin del aire atrapado entre los fragmentos, semejante a los mecanismosde presin de poros del agua.

Se ha dado el caso, que debido a temblores se ha producido una destruccin de laestructura del material produciendo una verdadera licuacin, pero con el aire jugandoel papel que generalmente desempea el agua.

b) Flujos en materiales hmedos:

Son flujos que requieren una proporcin apreciable de agua contenida en el suelo,normalmente llamado flujo de tierra. Si el contenido de agua en el materiales muy elevado se denomina flujo de lodo.

Los flujos de tierra se desarrollan tpicamente en el pie de los deslizamientos detipo rotacional en el cuerpo del talud. En otras ocasiones ocurren con cierta

independencia de cualquier otro deslizamiento anterior.

En los flujos de lodo, el deslizamiento ocurre en materiales finos con elevadocontenido de agua. La falla produce una perturbacin completa de la

estructura deslizndose y arrastrando todo a su paso.

Este tipo de falla sucedi en Vargas a finales de 1999, que despus de un lapso delluvia prolongado por das la tierra cedi en forma de lodo llevando todo a su paso.

5.- Fallas por erosin

Estas son fallas superficiales provocadas por la accin del viento y del agua sobre el talud, siendo msevidente en aquellos que tienen una pendiente ms pronunciada.

La falla se manifiesta en irregularidades, socavaciones y canalizaciones en el plano del talud.

Este tipo de falla se puede apreciar en el Paseo La Marina, frente al club Mamo en Catia la Mar y en elfaldn aguas abajo de la presa de tierra La Becerra.

6.- Falla por licuacin

Estas fallas ocurren en arcillas extrasensitivas y arenas poco compactas, las cuales, al ser perturbadas,pasan rpidamente de una condicin ms o menos estable o una suspensin, con la prdida casi-total dela resistencia al esfuerzo cortante.

Las dos causas que puede atribuirse esa perdida de resistencia son: incremento de los esfuerzoscortantes actuantes y desarrollo de la presin de poros correspondiente, y por el desarrollo de presioneselevadas en el agua intersticial, quizs como consecuencia de un sismo, una explosin, etc.

En Venezuela existen arenas con estas caractersticas al sur del Lago de Valencia, en Guigue.

7.- Fallo por falta de capacidad de cargo en el terreno de cimentacin

Este tipo de fallo se produce cuando el terreno tiene una capacidad de cargainferior o los cargas impuestas.

Este tipo de folios sucede a menudo en el rea metropolitana, debido a que seconstruye sobre rellenos no compactados o con un bajo nivel de compactacin.

En el coso de Las fundaciones, se colocan fundaciones superficiales en un terrenode baja capacidad de soporte o pilotes cuya profundidad no alcanz el terrenofirme.

Tambin ocurre el caso de construcciones muy pesadas paro el terreno en el queestn situadas. Como stos existen infinidad de cases adicionales, los cualesocuparan una publicacin completa.

CAUSAS DE LA INESTABILIDADExisten una serie de factores de los cuales depende la estabilidad de los taludes, tales son:

a) Factores geomorfolgicos:a-1) Topografa de los alrededores y geometra del talud.a-2) Distribucin de las discontinuidades y estratificaciones.

b) Factores internos:

b-l) Propiedades mecnicas de los suelos constituyentes.

b-2) Estados de esfuerzos actuantes.

c) Factores climticos y en especial el agua superficial y subterrnea.

En general, las causas de los deslizamientos pueden ser externas o internas. Los externas,producen aumento de los esfuerzos cortantes actuantes sin modificar la resistencia al esfuerzocortante del material. E1 aumento de la altura del talud o el hacerlo ms escarpado, son causasde este tipo, como tambin lo son la colocacin de cualquier tipo de sobrecarga en la cresta deltalud o la ocurrencia de sismos. Las internas, son los que ocurren sin cambio de las condicionesexteriores del talud. Estos disminuyen la resistencia al esfuerzo cortante del suelo constitutivo, elaumento de presin de poros o la disipacin de la cohesin son causes de este tipo.

1.- Causas que producen el aumento de esfuerzos

a- Cargas externas, tales como construcciones y agua.

b- Aumento del peso de la tierra por aumento del contenido de humedad.

c- Remocin por socavacin de una parte de la masa de suelo.

d- Socavaciones producidas por perforaciones de tneles, derrumbes de cavernas oerosin por filtracin.

e- Choques producidos por terremotos o voladuras.

f- Grietas de traccin.

g-Presin de agua en las grietas.

2.- Causas que producen disminucin de la resistencia

a- Expansin de Las arcillas por absorcin de agua.

b- Presin de agua intersticial.

c- Destruccin de la estructura por vibraciones o actividad ssmica.

d- Fisuras capilares producidas por las alternativas de expansin y retraccin o por traccin.

e- Deformacin y falla progresiva en suelos sensibles

f- Deshielo de suelos helados o de lentes de hielo.

g- Deterioro del material cementante.

h- Prdida de la tensin capilar por secamiento.

MTODOS CORRECTIVOS PARA FALLAS EN LADERAS Y TALUDES

Lo que persiguen los mtodos correctivos es lo siguiente:

1- Evitar la zona de falla

Cambios en el alineamiento de la va, sea el horizontal o el vertical.Remocin total del material inestable.Construccin de estructuras que se apoyen en zonas estables (puentes o viaductos)

2- Reducir Las fuerzas motoras:

Remocin de material en la parte apropiada de la falla.Subdrenaje para disminuir el efecto de empujes hidrostticos y el peso de las masas de tierra.

3- Aumentar las fuerzas resistentes:

Subdrenajes, para aumentar la resistencia al esfuerzo cortante del suelo.Construccin de estructuras de retencin.Uso de tratamientos electroqumicos para elevar la resistencia del suelo al deslizamiento donde existe

un alto contenido de arcilla.

A- Descargar la cresta

Este mtodo consiste en la remocin de parte del material localizado en la crestadel talud, producindose una disminucin de las fuerzas deslizantes.

La remocin de material en la cabeza de la falla o en todo el cuerpo de la mismo,hasta llegar a la remocin total, es un mtodo que slo se puede aplicar en fallasya manifestadas. La remocin de la cabeza busca reducir las fuerzas motoras ybalancear la falla, las remociones totales eliminan el problema de raz.

Son mtodos mejores para prevenir que para corregir y se pueden usarprcticamente en toda clase de deslizamientos, pero no son eficientes en los casosde tipo rotacional.

Su principal desventaja estriba en que el material que se excava se desperdicia,adems, que al remover material y disminuir los fuerzas motoras tambin sepueden causar disminuciones en las fuerzas resistentes.

B- Empleo de bermas laterales o frontales

Una berma es una masa, generalmente, del mismo material del talud, que es colocadaen el lado exterior del mismo a fin de aumentar su estabilidad.

E1 efecto de sta es producir un aumento de las fuerzas resistentes debido alincremento en la longitud del arco de fal1a y una disminucin de las fuerzas deslizantespor la accin del peso de la berma.

C- Empleo de materiales ligeros

Consiste en colocar como material de terrapln suelos de peso especfico bajo, queden, por lo tanto, fuerzas deslizantes pequeas.

Esta solucin es aplicable nicamente en terraplenes y sobre suelos puramentecohesivos, tales como arcillas blandas o turbas.

Lo que se busca es la reduccin de las fuerzas motoras, empleando en el cuerpo delterrapln materiales de bajo peso volumtrico (entre 0.8 y 1.2 Ton/m3) tales como eltezontle que es una espuma basltica volcnica, etc.

D- Compactacin de suelos compresibles

En el caso de un talud, el mtodo consiste en la remocin del material y suposterior colocacin en capas compactadas, no procediendo a colocar la capasiguiente sin haberse logrado un alto grado de compactacin de la anterior.

En el caso de terraplenes, el mtodo consiste en construir la estructura en partes,para lo cual se colocan capas del material compactado, no procediendo a colocar lacapa siguiente sin haberse logrado una buena compactacin.

E- Empleo de materiales estabilizantes

El fin que persigue este mtodo es mejorar la resistencia del suelo mediante laaplicacin de sustancias cementantes, tales como cementos, asfaltos y salesqumicas, pero en la prctica estos procedimientos resultan caros, por lo que su usoes limitado.

En general se trata de aadir cementacin artificial a los granos del suelo. Losprocesos de inyeccin qumica utilizan mezclas qumicas en que predomina el silicatode sodio, a partir del cual puede formarse un gas silcico para rellenar grietas,intersticios y vacos en el suelo.

Otro mtodo de endurecimiento de suelos consiste en inyectar lechada de cementoa superficies de fallas previamente formadas y relativamente superficiales, enmateriales duros y fisurados. El efecto de relativamente superficiales, en materialesduros y fisurados. El efecto de la inyeccin es desplazar el agua de las fisuras yrellenarla con mortero de cemento.

Tambin se han utilizado como materiales para inyectar, emulsiones asflticas con lasque se logra mayor penetracin que con la lechada de cemento, por su menorviscosidad. E1 uso de inyecciones asflticas est limitado por la posibilidad de flujointerno del agua, pues ste puede remover fcilmente la pelcula asfltica.

F- Empleo de muros de retencin

Consiste en la colocacin de un muro de contencin, con el fin de confinar la masa de suelo inestable.

Para ello se debe verificar que la cimentacin del muro queda por debajo del plano de falla, de modoque ste lo intercepte.

Este debe ser dotado de un drenaje adecuado con el fin de canalizar las aguas hacia las salidas que seproyecten a travs del muro.

Las estructuras de retencin se construyen, por lo general, al pie de los taludes de terraplenes que no podran ligarsegeneralmente con el terreno de cimentacin, sobre todo en laderas inclinadas. Tambin se construyen al pie de cortespara dar visibilidad o para disminuir la altura de cortes en materiales cuya resistencia sea predominante o puramentecohesiva.

Las estructuras de retencin tienen la ventaja de exigir poco espacio para su ereccin.

Hay que evitar los muros altos y largos pares son muy costosos, adems que requieren de un conjunto de obrasauxiliares

tales como subdrenaje, desages, etc., que elevan considerablemente el costo total .

Existen varios tipos de muros, entre los cuales se pueden mencionar los siguientes:

Pantallas Atirantadas Muros de Tierra Armada Muros con GeotextilesGeomuros Muros Bloques Muros ecolgicosMuros de Gaviones Muros de concreto armado (cantiliver)Muros de gravedad Pantallas discontnuas Entre otros.

MODELOS DE ANLISIS DE ESTABILIDAD

Anlisis con esfuerzos totales o efectivos

Los problemas de estabilidad de taludes pueden analizarse suponiendo sistemasde esfuerzos totales o efectivos. En principio, siempre es posible analizar laestabilidad de un talud utilizando el mtodo de presin efectiva, porque laresistencia del suelo es gobernada por las presiones efectivas tanto en la condicindrenada, como en la condicin no drenada. Pero en la prctica sin embargo esvirtualmente imposible determinar con precisin cuales son los excesos de presinde poro que se van a generar por los cambios en las cargas (excavaciones,colocacin de rellenos o cambios en el nivel de agua). Debido a esta razn no esposible desarrollar anlisis precisos de estabilidad en estas condiciones, utilizandoprocedimientos de esfuerzos efectivos. Sin embargo, se puede trabajar todo elanlisis utilizando presiones efectivas, sin que se requiera especificar los valores delos excesos de poro en las condiciones no drenadas.

Resistencia cortante

La resistencia al cortante para utilizar en los anlisis puede ser medida de dosformas:

a. En el laboratorio o en ensayos de campo, en tal forma que las cargasaplicadas, sean lo suficientemente lentas para que se produzca drenaje.

b. En el laboratorio utilizando ensayos consolidados no drenados.

Los envolventes de falla determinadas usando estos dos mtodos se hanencontrado que son las mismas para todos los fines prcticos (Bishop y Bjerrum,1960).

Estudios realizados por Skempton revelan que las resistencias drenadas pico dearcillas sobreconsolidadas duras, son mayores en el laboratorio que las resistenciasdrenadas que pueden ser movilizadas en el campo en un periodo de tiempo.

Pesos unitarios y presiones de poro

Los problemas de estabilidad de taludes pueden formularse correctamente entrminos de esfuerzos totales, utilizando pesos unitarios totales y lmites externosde presin de poros.

Los pesos unitarios totales son pesos hmedos por encima del nivel fretico ysaturados por debajo del nivel fretico. En el caso de que se utilicen pesossumergidos, se debe ignorar la presencia de nivel fretico.

Las condiciones de presin de poros son generalmente, obtenidas de lascaractersticas de las aguas subterrneas y pueden especificarse para los anlisisutilizando los siguientes mtodos:

Superficie fretica

Esta superficie o lnea en dos direcciones se define como el nivel libre delagua subterrnea. En una superficie fretica la presin de poros escalculada de acuerdo a las condiciones de estado de rgimen permanente(Steady-state). Este concepto se basa en la suposicin de que todas laslneas equipotenciales sean ortogonales.

Entonces, si la inclinacin del segmento de superficie fretica es , y ladistancia vertical entre el punto y la superficie fretica es hw , entonces lapresin de poros est dada por la expresin u = w (hw Cos2 ). En elcaso de lneas freticas de gran pendiente, el clculo anterior puederesultar sobre estimado y se requiere tener en cuenta que las lneasequipotenciales tienden a ser curvas.

Datos piezomtricos

Es la especificacin de presiones de poros en puntos discretos dentro deltalud y la utilizacin de un esquema de interpolacin para estimar laspresiones de poro requeridas a cualquier punto. Las presiones piezomtricaspueden determinarse mediante piezmetros, redes de flujo o solucionesnumricas, utilizando diferencias finitas o elementos finitos.

Aunque este sistema est disponible solamente en muy pocos de losprogramas de computador existentes, se recomienda por su confiabilidadpara representar las condiciones reales en el campo (Chugh, 1981).

Relacin de presin de poros

Este es un mtodo muy simple y popular para normalizar el valor de lapresin de poros en un talud de acuerdo a la definicin:

120 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicalesDonde:

u = Presin de poros= Esfuerzo total vertical del suelo a una profundidad z.

Este factor se implementa fcilmente, pero la mayor dificultad est asociadacon la asignacin de este parmetro a diferentes partes del talud. Enocasiones, el talud requiere de una extensiva subdivisin en regiones condiferentes valores de ru.

Superficie piezomtrica

Esta superficie se define para elanlisis de una determinadasuperficie de falla. Debe tenerseclaridad en que la superficiepiezomtrica no es la superficiefretica y que el mtodo decalcular la presin de poros esdiferente para los dos casos.

En la superficie piezomtrica, lapresin de poros es la distanciavertical entre la superficiepiezomtrica indicada y el punto(figura siguiente).

Presin de poros constante

Este procedimiento puede utilizarse si el Ingeniero deseaespecificar una presin de poros constante en una determinadacapa de suelo. Este sistema puede utilizarse para analizar laestabilidad de rellenos colocados sobre suelos blandos, durantela construccin donde se generan presiones de poro, de acuerdoa la teora de la Consolidacin.

GRACIAS