UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

Curso : Estabilidad de las Construcciones

Docente : Ing. Wilson Sancarranco

Integrantes :Balarezo Eyzaguirre, Cristian D.Valladolid Rivera, Luis Eduardo. La Torre Huamán, José Adolfo.Ortiz Acaro, ÁngelVivanco la Fuente, José Carlos

Piura - 2009

ESTABILIDAD DE TALUDES

INTRODUCCIÓN“Un talud es toda superficie inclinada respecto a lahorizontal que haya de adoptar una estructura de tierra,bien sea en forma natural o como resultado de una obrade ingeniería”.

Los taludes pueden ser naturales cuando se producen sinla intervención de la mano del hombre (laderas) yartificiales cuando son hechos por éste (cortes yterraplenes).

Muchas minas a cielo abierto alcanzan alturas deexcavación superiores a los 200 m, justificados por lanecesidad de obtener el mayor beneficio económicoposible a través de la extracción mineral, lo que hace quelos taludes finales sean más elevados y escarpados. En lamina de Chuqicamata en Chile, con una profundidad de645 m y un ángulo final del talud igual a 37° , se calculaque la disminución de 1° representa la pérdida, entérminos de explotación, de 100 millones de toneladas dematerial 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 presentaclaramente definida en taludes artificiales pero es complicada decuantificar en las laderas debido a que el pie y la cabeza no sonaccidentes topográficos bien marcados.

PieCorresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parteinferior.

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

Altura de nivel freáticoDistancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de aguamedida debajo de la cabeza.

PendienteEs la medida de la inclinación del talud o ladera. Puede medirse engrados, en porcentaje.

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

1.- Falla por deslizamiento superficial:

Este tipo de falla se produce por la acción de las fuerzas naturales que tienden ahacer que las partículas y porciones del suelo próximas a su frontera deslicenhacia abajo. Este fenómeno es más intenso cerca de la superficie inclinada deltalud debido a la ausencia de presión normal confinante.

Otras causas que pueden producir éste tipo de falla son: aumento de las cargasactuantes en la cresta del talud, disminución de la resistencia del suelo al esfuerzocortante o en el caso de laderas naturales, razones de conformación geológicaque escapan de un análisis local detallado.

Este fenómeno se pone de manifiesto por una serie de efectos notables, talescomo la inclinación de los árboles debido al arrastre de las capas superiores delterreno, la inclinación de postes, movimientos relativos y ruptura de muros,acumulación de suelos en las depresiones y falta de los mismos en las zonas altas,etc.

Se pueden mencionar dos tipos de deslizamientos: el estacional, que afecta sólola corteza terrestre, el cual soporta los cambios climáticos en forma deexpansiones y contracciones, y el masivo que afecta a las capas más profundas yque es atribuido al efecto gravitacional.

2.- Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de fallapreexistentes.

Se trata de un mecanismo de falla que envuelve una cantidadimportante de material, por lo que ya no se trata de undeslizamiento superficial sino de uno más profundo, pudiendollegar a producir una verdadera superficie de falla.

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

La mayor parte de este tipo de movimientos están asociados aciertas estratigrafías que son favorables a ellos (laderas formadaspor depósito de material sobre otras estratificaciones firmes), almismo tiempo que a flujos estacionales de agua en el interior dela ladera, produciendo superficies de falla prácticamenteplanas.

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

Este es un tipo de movimiento que se caracteriza por subrusquedad, el cual afecta a masas considerables de suelo,generando una superficie de falla profunda.

Se considera que la superficie de falla se forma cuando actúanesfuerzos cortantes superiores a la resistencia del material.

En el interior de la masa de suelo existe un estado de esfuerzosque vence, en forma más o menos rápida, la resistencia alesfuerzo cortante del suelo produciéndose la falla del mismo conla formación del deslizamiento a lo largo del cual se produce lafalla. Este tipo de movimientos es típico 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 (generalmenteasumida circular) a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud.

Cuando la superficie de falla pasa el pie del talud se origina la llamada fallade base. En el caso que pase justo por el pie del talud seria la falla al pie deltalud y cuando la falla ocurre en el cuerpo del talud se produce la fallalocal.

La falla traslacional ocurre a lo largo de planos débiles que suelen serhorizontales o muy poco inclinados respecto a la horizontal.

La superficie de falla se desarrolla en forma paralela a los estratos débiles, loscuales son, generalmente, arcillas blandas, arenas finas o limos no plásticossueltos.

Frecuentemente, la debilidad del estrato está ligada a elevadas presionesde poros por el agua contenida en las arcillas o a fenómenos de elevaciónde la presión del agua en los estratos de arena (acuíferos). Las fallas tambiénestán muy ligadas a las temporadas de lluvia por la recarga de agua de lossuelos, ya que la absorben más rápidamente de lo que se escurre por lo queaumentan de peso.

4.- Flujos

Este tipo de falla consiste en movimientos más o menos rápidos dezonas localizadas de una ladera natural donde los desplazamientosasemejan el fluir de un liquido viscoso no existiendo una superficie defalla definida.

Este tipo de falla puede ocurrir en cualquier formación no consolidada,presentándose en fragmentos de roca, depósitos de material, suelosgranulares 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 a fenómenos de presión del aire atrapado entre losfragmentos, semejante a los mecanismos de presión de poros del agua.

Se ha dado el caso, que debido a temblores se ha producido unadestrucción de la estructura del material produciendo una verdaderalicuación, pero con el aire jugando el papel que generalmentedesempeña el agua.

b) Flujos en materiales húmedos:

Son flujos que requieren una proporción apreciable de aguacontenida en el suelo, normalmente llamado flujo de tierra. Si elcontenido de agua en el material es muy elevado se denominaflujo de lodo.

Los flujos de tierra se desarrollan típicamente en el pie de losdeslizamientos de tipo rotacional en el cuerpo del talud. En otrasocasiones ocurren con cierta independencia de cualquier otrodeslizamiento anterior.

En los flujos de lodo, el deslizamiento ocurre en materiales finos conelevado contenido de agua. La falla produce una perturbacióncompleta de la estructura deslizándose y arrastrando todo a supaso.

Este tipo de falla sucedió en Vargas a finales de 1999, que despuésde un lapso de lluvia prolongado por días la tierra cedió en formade lodo llevando todo a su paso.

5.- Fallas por erosión

Estas son fallas superficiales provocadas por la acción del viento y del agua sobreel talud, siendo más evidente en aquellos que tienen una pendiente máspronunciada.

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

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

6.- Falla por licuación

Estas fallas ocurren en arcillas extrasensitivas y arenas poco compactas, las cuales,al ser perturbadas, pasan rápidamente de una condición más o menos estable ouna suspensión, con la pérdida casi-total de la resistencia al esfuerzo cortante.

Las dos causas que puede atribuirse esa perdida de resistencia son: incrementode los esfuerzos cortantes actuantes y desarrollo de la presión de poroscorrespondiente, y por el desarrollo de presiones elevadas en el agua intersticial,quizás como consecuencia de un sismo, una explosión, etc.

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

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

Este tipo de fallo se produce cuando el terreno tiene unacapacidad de carga inferior o los cargas impuestas.

Este tipo de folios sucede a menudo en el área metropolitana,debido a que se construye sobre rellenos no compactados o con unbajo nivel de compactación.

En el coso de Las fundaciones, se colocan fundaciones superficialesen un terreno de baja capacidad de soporte o pilotes cuyaprofundidad no alcanzó el terreno firme.

También ocurre el caso de construcciones muy pesadas paro elterreno en el que están situadas. Como éstos existen infinidad decases adicionales, los cuales ocuparían una publicación completa.

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

a) Factores geomorfológicos:a-1) Topografía de los alrededores y geometría del talud.a-2) Distribución de las discontinuidades y estratificaciones.

b) Factores internos:b-l) Propiedades mecánicas de los suelos constituyentes.b-2) Estados de esfuerzos actuantes.

c) Factores climáticos y en especial el agua superficial y subterránea.

En general, las causas de los deslizamientos pueden ser externas o internas.Los externas, producen aumento de los esfuerzos cortantes actuantes sinmodificar la resistencia al esfuerzo cortante del material. E1 aumento de laaltura del talud o el hacerlo más escarpado, son causas de este tipo, comotambién lo son la colocación de cualquier tipo de sobrecarga en la crestadel talud o la ocurrencia de sismos. Las internas, son los que ocurren sincambio de las condiciones exteriores del talud. Estos disminuyen laresistencia al esfuerzo cortante del suelo constitutivo, el aumento de presiónde poros o la disipación de la cohesión 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 dehumedad.

c- Remoción por socavación de una parte de la masa de suelo.

d- Socavaciones producidas por perforaciones de túneles,derrumbes de cavernas o erosión por filtración.

e- Choques producidos por terremotos o voladuras.

f- Grietas de tracción.

g-Presión de agua en las grietas.

2.- Causas que producen disminución de la resistencia

a- Expansión de Las arcillas por absorción de agua.

b- Presión de agua intersticial.

c- Destrucción de la estructura por vibraciones o actividad sísmica.

d- Fisuras capilares producidas por las alternativas de expansión y retracción o por tracción.

e- Deformación y falla progresiva en suelos sensibles

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

g- Deterioro del material cementante.

h- Pérdida de la tensión capilar por secamiento.

MÉTODOS CORRECTIVOS PARA FALLAS EN LADERAS Y TALUDES

Lo que persiguen los métodos correctivos es lo siguiente:

1- Evitar la zona de falla

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

2- Reducir Las fuerzas motoras:

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

3- Aumentar las fuerzas resistentes:

Subdrenajes, para aumentar la resistencia al esfuerzo cortante del suelo.Construcción de estructuras de retención.Uso de tratamientos electroquímicos para elevar la resistencia del suelo al deslizamiento

donde existe un alto contenido de arcilla.

A- Descargar la cresta

Este método consiste en la remoción de parte del materiallocalizado en la cresta del talud, produciéndose una disminuciónde las fuerzas deslizantes.

La remoción de material en la cabeza de la falla o en todo elcuerpo de la mismo, hasta llegar a la remoción total, es unmétodo que sólo se puede aplicar en fallas ya manifestadas. Laremoción de la cabeza busca reducir las fuerzas motoras ybalancear la falla, las remociones totales eliminan el problemade raíz.

Son métodos mejores para prevenir que para corregir y sepueden usar prácticamente en toda clase de deslizamientos,pero no son eficientes en los casos de tipo rotacional.

Su principal desventaja estriba en que el material que se excavase desperdicia, además, que al remover material y disminuir losfuerzas motoras también se pueden causar disminuciones en lasfuerzas resistentes.

B- Empleo de bermas laterales o frontales

Una berma es una masa, generalmente, del mismo material deltalud, que es colocada en el lado exterior del mismo a fin deaumentar su estabilidad.

E1 efecto de ésta es producir un aumento de las fuerzas resistentesdebido al incremento en la longitud del arco de fal1a y unadisminución de las fuerzas deslizantes por la acción del peso de laberma.

C- Empleo de materiales ligeros

Consiste en colocar como material de terraplén suelos de pesoespecífico bajo, que den, por lo tanto, fuerzas deslizantes pequeñas.

Esta solución es aplicable únicamente en terraplenes y sobre suelospuramente cohesivos, tales como arcillas blandas o turbas.

Lo que se busca es la reducción de las fuerzas motoras, empleandoen el cuerpo del terraplén materiales de bajo peso volumétrico(entre 0.8 y 1.2 Ton/m3) tales como el tezontle que es una espumabasáltica volcánica, etc.

D- Compactación de suelos compresibles

En el caso de un talud, el método consiste en la remoción delmaterial y su posterior colocación en capas compactadas, noprocediendo a colocar la capa siguiente sin haberse logrado unalto grado de compactación de la anterior.

En el caso de terraplenes, el método consiste en construir laestructura en partes, para lo cual se colocan capas del materialcompactado, no procediendo a colocar la capa siguiente sinhaberse logrado una buena compactación.

E- Empleo de materiales estabilizantes

El fin que persigue este método es mejorar la resistencia del suelomediante la aplicación de sustancias cementantes, tales comocementos, asfaltos y sales químicas, pero en la práctica estosprocedimientos resultan caros, por lo que su uso es limitado.

En general se trata de añadir cementación artificial a los granos delsuelo. Los procesos de inyección química utilizan mezclas químicas enque predomina el silicato de sodio, a partir del cual puede formarseun gas silícico para rellenar grietas, intersticios y vacíos en el suelo.

Otro método de endurecimiento de suelos consiste en inyectarlechada de cemento a superficies de fallas previamente formadas yrelativamente superficiales, en materiales duros y fisurados. El efectode relativamente superficiales, en materiales duros y fisurados. Elefecto de la inyección es desplazar el agua de las fisuras y rellenarlacon mortero de cemento.

También se han utilizado como materiales para inyectar, emulsionesasfálticas con las que se logra mayor penetración que con la lechadade cemento, por su menor viscosidad. E1 uso de inyecciones asfálticasestá limitado por la posibilidad de flujo interno del agua, pues éstepuede remover fácilmente la película asfáltica.

F- Empleo de muros de retención

Consiste en la colocación de un muro de contención, con el fin de confinar la masa de suelo inestable.

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

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

Las estructuras de retención se construyen, por lo general, al pie de los taludes de terraplenes que no podríanligarse

generalmente con el terreno de cimentación, sobre todo en laderas inclinadas. También se construyen al piede cortes

para dar visibilidad o para disminuir la altura de cortes en materiales cuya resistencia sea predominante opuramente

cohesiva.

Las estructuras de retención tienen la ventaja de exigir poco espacio para su erección.

Hay que evitar los muros altos y largos pares son muy costosos, además que requieren de un conjunto deobras auxiliares

tales como subdrenaje, desagües, 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 ecológicosMuros de Gaviones Muros de concreto armado (cantiliver)Muros de gravedad Pantallas discontínuas Entre otros.

MODELOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

Análisis con esfuerzos totales o efectivos

Los problemas de estabilidad de taludes pueden analizarsesuponiendo sistemas de esfuerzos totales o efectivos. En principio,siempre es posible analizar la estabilidad de un talud utilizando elmétodo de presión efectiva, porque la resistencia del suelo esgobernada por las presiones efectivas tanto en la condicióndrenada, como en la condición no drenada. Pero en la prácticasin embargo es virtualmente imposible determinar con precisióncuales son los excesos de presión de poro que se van a generarpor los cambios en las cargas (excavaciones, colocación derellenos o cambios en el nivel de agua). Debido a esta razón noes posible desarrollar análisis precisos de estabilidad en estascondiciones, utilizando procedimientos de esfuerzos efectivos. Sinembargo, se puede trabajar todo el análisis utilizando presionesefectivas, sin que se requiera especificar los valores de losexcesos de poro en las condiciones no drenadas.

Resistencia cortante

La resistencia al cortante para utilizar en los análisis puede sermedida de dos formas:

a. En el laboratorio o en ensayos de campo, en tal forma quelas cargas aplicadas, sean lo suficientemente lentas para quese produzca drenaje.

b. En el laboratorio utilizando ensayos consolidados nodrenados.

Los envolventes de falla determinadas usando estos dosmétodos se han encontrado que son las mismas para todos losfines prácticos (Bishop y Bjerrum, 1960).

Estudios realizados por Skempton revelan que las resistenciasdrenadas pico de arcillas sobreconsolidadas duras, son mayoresen el laboratorio que las resistencias drenadas que pueden sermovilizadas en el campo en un periodo de tiempo.

Pesos unitarios y presiones de poro

Los problemas de estabilidad de taludes pueden formularsecorrectamente en términos de esfuerzos totales, utilizando pesosunitarios totales y límites externos de presión de poros.

Los pesos unitarios totales son pesos húmedos por encima delnivel freático y saturados por debajo del nivel freático. En el casode que se utilicen pesos sumergidos, se debe ignorar la presenciade nivel freático.

Las condiciones de presión de poros son generalmente,obtenidas de las características de las aguas subterráneas ypueden especificarse para los análisis utilizando los siguientesmétodos:

Superficie freática

Esta superficie o línea en dos direcciones se define como elnivel libre del agua subterránea. En una superficie freáticala presión de poros es calculada de acuerdo a lascondiciones de estado de régimen permanente (Steady-state). Este concepto se basa en la suposición de que todaslas líneas equipotenciales sean ortogonales.

Entonces, si la inclinación del segmento de superficiefreática es θ, y la distancia vertical entre el punto y lasuperficie freática es hw , entonces la presión de poros estádada por la expresión u = γw (hw Cos

2 ө). En el caso delíneas freáticas de gran pendiente, el cálculo anteriorpuede resultar sobre estimado y se requiere tener encuenta que las líneas equipotenciales tienden a ser curvas.

Datos piezométricos

Es la especificación de presiones de poros en puntos discretosdentro del talud y la utilización de un esquema deinterpolación para estimar las presiones de poro requeridas acualquier punto. Las presiones piezométricas puedendeterminarse mediante piezómetros, redes de flujo osoluciones numéricas, utilizando diferencias finitas o elementosfinitos.

Aunque este sistema está disponible solamente en muy pocosde los programas de computador existentes, se recomiendapor su confiabilidad para representar las condiciones reales enel campo (Chugh, 1981).

Relación de presión de poros

Este es un método muy simple y popular para normalizar elvalor de la presión de poros en un talud de acuerdo a ladefinición:

120 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicalesDonde:

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

Este factor se implementa fácilmente, pero la mayor dificultadestá asociada con la asignación de este parámetro adiferentes partes del talud. En ocasiones, el talud requiere deuna extensiva subdivisión en regiones con diferentes valores deru.

Superficie piezométrica

Esta superficie se define parael análisis de unadeterminada superficie defalla. Debe tenerse claridaden que la superficiepiezométrica no es lasuperficie freática y que elmétodo de calcular lapresión de poros es diferentepara los dos casos.

En la superficie piezométrica,la presión de poros es ladistancia vertical entre lasuperficie piezométricaindicada y el punto (figurasiguiente).

Presión de poros constante

Este procedimiento puede utilizarse si el Ingenierodesea especificar una presión de poros constante enuna determinada capa de suelo. Este sistema puedeutilizarse para analizar la estabilidad de rellenoscolocados sobre suelos blandos, durante laconstrucción donde se generan presiones de poro,de acuerdo a la teoría de la Consolidación.

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