Fallas Diversas en Taludes

5/7/2018 Fallas Diversas en Taludes - slidepdf.com

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ContenidoINTRODUCCIÓN.............................................................................................................................. 2

CLASIFICACIÓN DE LOS TAUDES ...................... ................................ ...................... ........................ 3

Talud natural .................................................................................................................................. 3

Talud artificial ................................................................................................................................ 4

Tipos y fallas más comunes ............................................................................................................ 5

Falla por deslizamiento superficial .......................... ................................ ...................... .................. 5Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes .......................... ......... 6

Falla por movimiento del cuerpo del talud ..................................................................................... 7

Falla por flujos................................................................................................................................ 8

Fallas por erosión ........................................................................................................................... 8

Fallas por licuación ......................................................................................................................... 9

Algunos métodos para mejorar la estabilidad de taludes ............................... ....................... .......... 9

Tender taludes ............................................................................................................................... 9

Empleo de bermas laterales o frontales.......................................................................................... 9

Empleo de materiales ligeros ....................................................................................................... 10

Empleo de materiales estabilizantes............................................................................................. 10

Empleo de muros de retención .................................................................................................... 10

MÉTODOS DE CÁLCULO ................................................................................................................ 11

Bibliografía ................................................................................................................................... 27



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INTRODUCCIÓN

La ingeniería geológica y geotécnica, entre muchos otros campos, abarca el

cálculo de estabilidad de taludes, pudiéndose distinguir varios métodos de

cálculo, en base a la diferente formulación matemática utilizada.

La construcción de estructuras es probablemente tan antigua como la

humanidad; sin embargo durante casi toda la época histórica han constituidoun problema al margen de toda investigación científica; hasta hace

relativamente pocos años los taludes se manejaron con normas puramente

empíricas sin ningún criterio generalizador de las experiencias adquiridas.

En este trabajo se abordara lo que abarca los distintos tipos de fallas en

taludes así como de sus métodos de investigación



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CLASIFICACIÓN DE LOS T AUDES

El diseño que constituye un bordo, es conocido como talud y se comprende

bajo el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas

respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las

estructuras de tierra, bien sea en forma natural o como consecuencia de la

intervención humana.

Talud nat ural



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Cuando un Talud se produce de forma natural, sin intervención humana, sedenomina de ladera natural o simplemente Ladera.

Talud artificial Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes

artificiales, según la génesis de su formación. En el corte se realiza una

excavación en una formación terrea natural, en tanto los taludes artificialesson los lados inclinados de los terraplenes.

También se producen taludes en el borde de una excavación que se realice, a

partir del nivel del terreno natural, a los cuales se les se suele llamar Taludes

de excavación.



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Tipos y f allas más comunesLos tipos y fallas más frecuentes en taludes son los mencionan en lo que

sigue:

Falla por deslizamiento superficial Cualquier talud está sujeto a fuerzas naturales que tienden a hacer que las

partículas y porciones del suelo próximas a su frontera se deslicen hacia

abajo; el fenómeno es más intenso cerca de la superficie inclinada del talud a

causa de la falta de presión confinante que allí existe. Como una

consecuencia, la zona mencionada puede quedar sujeta a un flujo viscoso

hacia abajo que, generalmente, se desarrolla con extraordinaria lentitud .El

desequilibrio puede producirse por un aumento en las cargas actuantes en la

corona del talud, por una disminución en la resistencia del suelo al esfuerzo

cortante o, en el caso de laderas naturales, por razones de conformación

geológica que escapan a un análisis local detallado.

El fenómeno muy frecuente y peligroso en laderas naturales y en este caso,generalmente abarca áreas tan importantes que cualquier solución para

estabilizar una estructura alojada en esa zona escapa de los límites de los

económicos, no quedando entonces mas recurso que un cambio en la

localización de la obra de que se trate que evite la zona en deslizamiento. El

fenómeno se pone de manifiesto por una serie de efectos notar tales como

inclinación de los árboles, por efecto del arrastre producido por las capas

superiores del terreno en que enraízan; inclinación de postes, por la misma

razón; movimientos relativos y ruptura en bardas, muros, etc.; acumulación

de suelos en las depresiones valles y falta de los mismos en las zonas altas, y

otras señales del mismo tipo.

En la actualidad es muy difícil llegar a establecer por un proceso a velocidad y

la consideración que llegue a tener el fenómeno. Los factores envueltos son



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tantos y tan complejos y actúan en periodos de tiempo tan impredecibles

que cualquier análisis teórico es prácticamente imposible.

Ejemplos

Deslizamiento en laderas nat urales sobre superficies de f alla preexistentes

En muchas laderas naturales se encuentran en movimiento hacia abajo una

costra importante del material; no se trata de un mecanismo más o menossuperficial si no de otro producido por un proceso de deformación bajo

esfuerzo cortante en partes más profundas que llega muchas veces a

producir una verdadera superficie de falla .estos movimientos a veces son tal

lentos que pasan inadvertidos, hasta que el ingeniero ha de actuar en la

zona, en alguna obra. Si los movimientos se aceleran se pueden llegar a

producir un deslizamiento de tierras .parece ser que la mayor parte de este

tipo de movimientos están asociados a ciertas estratigrafías favorables a ellos

al mismo tiempo que a flujos estacionales de agua en el interior de la ladera.Un caso frecuente y tal vez el más sencillo es que aparece en laderas

formadas por depósitos de talud sobre otros materiales firmes estratificados,

que siguen más o menos la inclinación de la ladera. Estos casos se observan

con frecuencia en superficies de falla prácticamente planas que siguen los



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contactos entre los depósitos de talud y los materiales más resistentes de

apoyo.

Falla por movimiento del cuerpo del t alud

En contraste con los con los movimientos superficiales lentos, descritos en el

inciso anterior, pueden ocurrir en los taludes movimientos bruscos que

afectan a masas considerables desuelo, con superficies de falla que penetran

profundamente en su cuerpo. Estos fenómenos reciben comúnmente el

nombre de deslizamiento de tierras. Dentro éstos existen dos tipos

claramente diferenciados. En primer lugar, un caso en el que se define una

superficie de falla curva, a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud;

esta superficie origina una traza que puede limitarse, por facilidad como una

circunferencia. Estas son las fallas formadas por rotación. En segundo lugar,

sé tienen las fallas que ocurren a lo largo de superficies débiles, asimilables a

un plano del cuerpo del talud o en su terreno de cimentación. Estos planos

débiles suelen ser horizontales o muy poco inclinados respecto a horizontal.

Éstas son las fallas por traslación.

Las fallas por rotación pueden presentarse pasando la superficie de falla por

el pie del talud, sin interesar el terreno de cimentación, o pasando por

delante del pie del talud, afectando el terreno en que el talud se apoya (falla

de base).Además pueden presentarse las llamadas fallas locales, que ocurren

en el cuerpo del talud, pero interesando zonas relativamente superficiales.

Ejemplo



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Falla por f lujos

Este tipo de fallas consiste en movimientos más o menos rápidos de zonas

localizadas de una ladera natural de manera que el movimiento en sí y la

distribución aparente de las velocidades y los desplazamientos asemejan el

fluir de un líquido viscoso. No existe en si una superficie de falla o esta se

desarrolla en un lapso muy breve al inicio del fenómeno.

Estas fallas pueden ocurrir en cualquier formación no cementada, desde

fragmentos de roca, hasta arcillas francas; suceden tanto en materiales

secos, como húmedos. Muchos flujos rápidos en materiales secos ocurren

asociados a fenómenos de presión de aire, en los que este juega un papel

análogo al del agua en los fenómenos de licuación de suelos. Otros flujos, en

suelos muy húmedos son verdaderos procesos de licuación.

Fallas por erosión

Estas son fallas de tipo superficial provocadas por arrastres de viento, agua,

etc. en los taludes. El fenómeno es tanto más notorio cuanto más empinadas

sean las laderas de los taludes. Una manifestación típica del fenómeno suele

ser la aparición de irregularidades en el talud, originalmente uniforme. Desde

el punto de vista teórico esta falla suele ser imposible de cuantificardetalladamente pero la experiencia ha proporcionado normas que la atenúan

grandemente si se les aplica con cuidado.



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Fallas por licuaciónEstas fallas ocurren cuando en las zonas de deslizamiento el suelo pasa

rápidamente de una condición más o menos firme a la correspondiente a una

suspensión, con pérdida casi total de resistencia al esfuerzo cortante .el

fenómeno puede ocurrir tanto en arcillas extra sensitivas como en arenas

poco compactadas.

Algunos métodos para mejorar la est abilidad de t aludes

Tender t aludes

A primera vista quizá pudiera pensarse en esta solución sea la mas obvia

y la mas sencilla en la práctica .sin embargo ha de tomarse con el debido

cuidado desde el punto de vista teórico y muchas veces es irrealizable

prácticamente hablando.

Si el constituyente del talud es puramente friccionante la solución es

indicada pues según se vio la estabilidad de estos suelos es

fundamentalmente cuestión de inclinación en el talud; tendiendo a este

convenientemente se adquiere la estabilidad deseada.

En suelos cohesivos por el contrario está condicionada sobre todo por la

altura del mismo y de la ganancia tender al talud es siempre escasa y en

ocasiones nula.

Empleo de bermas laterales o f ront ales

Se denomina bermas a masas generalmente del mismo material que el

propio talud, que se colocan adecuadamente en el lado exterior del

mismo a fin de aumentar su estabilidad.



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En general una berma produce un incremento de la estabilidad por dos

motivos.uno, por su propio peso en la parte que queda hacia fuera de la

vertical que pasa por el centro del circulo de falla, disminuyendo el

momento motor .otro efecto importante de las bermas a veces de gran

utilidad estriba en la redistribución de esfuerzos cortantes que su

presencia produce en el terreno de cimentación.

Empleo de materiales ligeros

Se trata ahora de colocar como material de terraplén suelos de peso

específicos bajo que, por lo tanto den bajos momentos motores. El

tezontle de origen volcánico con peso específico del orden de 1 a 2

ton/m3 ha sido muy empleado para este fin.

Empleo de materiales est abilizantes

El fin de la solución de estudios es mejorar las cualidades de resistencia

de los suelos mezclándose algunas substancias que al producir una

cementación entre las partículas del suelo natural o al mejorar sus

características de fricción aumenta su resistencia en los problemas

prácticos.las sustancias más utilizadas han sido,cementos,asfaltos y

sales químicas.

Empleo de muros de retención

Cuando el talud en si es inestable se ha recurrido con cierta frecuencia

su retención por medio de un muro.la solución, cuando se aplica con

cuidado, es correcta aunque, en general, costosa.sin embargo muchas



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son las precauciones que han de tomarse en cuenta para el proyecto y

construcciones los muros. En primer lugar ha de cuidarse la cimentación

del muro que que de debajo de la zona de movilizada por la falla

hipotética del talud. En segundo lugar es preciso tomar precauciones

muy especiales en lo referente al drenaje, dotando al muro es su

paramento interno de filtros de material permeable, que canalicen a las

aguas hacia las salidas que se proyecten a través del muro.

MÉTODOS DE CÁLCULO

1.1. Clasificación de los métodos de cálculo

Los métodos de cálculo para analizar la estabilidad de un talud se puedenclasificar en dosgrandes grupos:

· Métodos de cálculo en deformaciones.· Métodos de equilibrio límite.

1.1.1. Métodos de cálculo en deformaciones

Consideran en el cálculo las deformaciones del terreno además de las leyes

de la estática. Su aplicación práctica es de gran complejidad y el problema

debe estudiarse aplicando el método de los elementos finitos u otros

métodos numéricos.

1.1.2. Métodos de equilibrio límite

Se basan exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estadode equilibrio de una masa de terreno potencialmente inestable. No tienen encuenta las deformaciones del terreno. Suponen que la resistencia al corte semoviliza total y simultáneamente a lo largo de la superficie de corte.Se pueden clasificar a su vez en dos grupos:



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y Métodos no exactos.

y Métodos no exactos.

1.1.2.1. Métodos exactos

La aplicación de las leyes de la estática proporcionan una solución exacta del

problema con la única salvedad de las simplificaciones propias de todos losmétodos de equilibrio límite (ausencia de deformaciones, factor de seguridadconstante en toda la superficie de rotura, etc.). Esto sólo es posible entaludes de geometría sencilla, como por ejemplo la rotura planar y la roturapor cuñas.

1.1.2.2. Métodos no exactos

En la mayor parte de los casos la geometría de la superficie de rotura no

permite obtener una solución exacta del problema mediante la únicaaplicación de las leyes de la estática. El problema es hiperestático y ha dehacerse alguna simplificación o hipótesis previa que permita su resolución. SePueden considerar así los métodos que consideran el equilibrio global de lamasa deslizante, hoy en desuso, y los métodos de las dovelas o rebanadas,que consideran a la masa deslizante dividida en una serie de fajas verticales.

Los métodos de las dovelas o rebanas pueden clasificarse en dos grupos:

y Métodos aproximados: no cumplen todas las ecuaciones de la estática.Se pueden citar por ejemplo los métodos de Fellenius, Janbu y Bishop

simplificado.



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y Métodos precisos o completos: cumplen todas las ecuaciones de laestática. Los más conocidos son los de Morgenstern-Price, Spercer yBishop riguroso.

En la figura 1, se muestra un gráfico en el que se recogen los diferentesmétodos de cálculo.

ROTURA POR CUÑAS

Se denomina rotura por cuña, aquella que se produce a través de dosdiscontinuidades oblicuamente a la superficie del talud, con la línea deintersección de ambas aflorando en la superficie del mismo y buzando en



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Sentido desfavorable. Este tipo de rotura se origina preferentemente enmacizos rocosos en los que se da una disposición adecuada, en orientación ybuzamiento de las diaclasas.

Geometría de la rotura por cuñas

Si proyectamos el plano del talud y las discontinuidades en una proyecciónsemiesférica equiareal de Schmidt, la disposición típica de los casos en que esposible este tipo de rotura, es como el que aparece en la figura adjunta. Enella se aprecian dos familias de discontinuidades de rumbos oblicuosrespecto al del talud, quedando el rumbo de éste comprendido entre los delas familias de discontinuidades.



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La dirección de deslizamiento es la de la intersección de las dos familias dediscontinuidades y ha de tener menos inclinación que el talud. Si serepresenta una sección vertical del talud por la línea de intersección de losdos planos sobre los que desliza la cuña, la condición geométrica que haceposible el deslizamiento es:

=i < =ti

Donde:

=i = ángulo de inclinación de la línea de intersección, cuya dirección es ladirección de deslizamiento.

=ti = ángulo de inclinación del talud, medido en la sección vertical indicada,

que sólo será Igual al talud, =t si la línea de intersección está contenida enuna sección perpendicular al mismo.



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Análisis de estabilidad en rotura por cuñas

La obtención del factor de seguridad es tarea más compleja que en el caso derotura planar, debido a que el cálculo debe realizarse en tres dimensiones yno en dos como ocurría en la rotura plana.A continuación se describe el caso más general, definido en el gráfico, en quese aprecia el plano del talud, el plano situado por encima de la cresta delmismo, los planos de deslizamiento A y B y una grieta de tracción plana ydenominada plano C. Se considera la presencia depresiones intersticialessobre los planos A, B y C y la acción de un terremoto cuyo efecto se asimilaestáticamente a una aceleración vertical aV y otra horizontal aH.



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Las fuerzas actuantes son las siguientes:

UA, UB: resultantes de presiones intersticiales sobre los planos A y B. Actúanperpendicularmente a esos planos.

V: resultante de presiones intersticiales sobre el plano C. Actúannormalmente sobre dicho plano.

WV = W (1+ aV/g) Fuerza vertical debida al peso de la cuña y a la acción delterremoto. En ocasiones el factor de seguridad es más bajo cuando se tomaaV con signo negativo, por lo que se recomienda realizar el cálculo con losdos signos y tomar el FS más pequeño.

WH = W (1+ aH/g) Fuerza horizontal debida al peso de la cuña y a la accióndel terremoto.

W: Peso de la cuña.

g: aceleración de la gravedad. Si la geometría de la cuña está definida, las

direcciones de todas las fuerzas lo están también.

Las fuerzas WV, WH y V se descomponen vectorialmente en tres direcciones:la dirección de deslizamiento o dirección de la línea de intersección, y lasdirecciones normales a los planos A y B.

En la notación que se empleará ahora, el subíndice D indica la componentesegún la dirección de deslizamiento y los subíndices A y B indican lascomponentes normales a los planos A y B. Así por ejemplo,

WV WVD WVA WVB

El factor de seguridad FS se obtiene como cociente entre las fuerzasresistentes del terreno y las fuerzas que tienden a provocar el deslizamiento.



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Se supone despreciable el efecto sobre la estabilidad de la cuña de losmomentos de las fuerzas actuantes. La expresión que define FS es:

Donde:

CA, CB: cohesión efectiva en las superficies de deslizamiento A y B.

NA, NB: ángulo de rozamiento interno efectivo en las superficies de

deslizamiento A y B.

AA, AB: áreas de las superficies de deslizamiento A y B.

NA: es la reacción normal efectiva sobre el plano A.

NB: es la reacción normal efectiva sobre el plano B.

FD: es la resultante de las componentes de las fuerzas que tienden a producir

el deslizamiento.

Hoek y Bray han simplificado, en parte, el cálculo de estabilidad por rotura

tipo cuña. Se aplica para las cuñas más sencillas:

y Cuñas sin grietas de tracción.

y Con el mismo ángulo de rozamiento en los dos planos de

discontinuidad.

y Con cohesión nula.

y Sin presiones intersticiales.

y Sin efecto sísmico.



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Aplicando el equilibrio defuerzas horizontales yverticales en una sección de la cuña perpendicular a la línea de intersecciónse obtiene:

NA sen ( F ± ^/2) = NB sen ( F ± ^/2)

NA sen ( F ± ^/2) - NB sen ( F ± ^/2) = W cos ]i

Donde:

^: ángulo de apertura de la cuña o ángulo que forman los planos A y B.



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F: ángulo que forma con la horizontal la bisectriz de la cuña.

De las dos ecuaciones anteriores se obtiene:

El factor de seguridad FS tiene la expresión:

Sustituyendo y simplificando se obtiene:

Los ángulos b y z no se pueden medir directamente en el terreno. En la figurasiguiente se muestra como medirlos ayudándonos de una falsilla equiareal ode Schmidt.



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A continuación se recoge el cálculo, algo más complejo, que recoge el análisis

de estabilidad de una cuña en el caso supuesto de existencia de cohesiones y

ángulos de rozamiento efectivos diferentes en los dos planos de

discontinuidad, se consideran las presiones intersticiales y se desprecian las

grietas detracción y los efectos sísmicos derivados de los terremotos. En la

figura siguiente se muestra la representación geométrica del problema.

Se puede apreciar que en

este análisis no se impone

ninguna restricción a la

dirección del plano

superior a la cresta del talud. A la hora de considerar el efecto del agua, se

considera a la cuña impermeable. La infiltración se produce por las líneas 3 y

4 y el drenaje los las líneas 1 y 2. La presión intersticial vale 0 a lo largo de las

cuatro líneas mencionadas y alcanza su valor máximo a lo largo de la línea 5 olínea de intersección. La distribución de presiones intersticiales a lo largo de

esta línea que presenta en el siguiente gráfico.



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Estas condiciones de presión intersticial representan las circunstancias

extremas provocadas por unas precipitaciones muy fuertes.

El factor de seguridad FS asumiendo las hipótesis apuntadas tiene la

siguiente expresión:

Donde:

K: peso específico de la roca.

KW: peso específico del agua.

H: altura total de la cuña.

X, Y, A, B: factores a dimensionales que dependen de la geometría de la cuña

y que se extraen de las siguientes expresiones:



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Donde:

]a, ] b: buzamiento de los planos A y B.

]5: inclinación de la recta 5.

Uij: ángulo que forman las rectas i y j. Se han llamado na y nb a las rectasperpendiculares a los planos A y B respectivamente.

Todos los ángulos necesarios para el cálculo pueden obtenerse con ayuda deuna estéreo falsilla equiareal o de Schmidt, como muestra el gráfico adjunto.En el caso de que se considere terreno seco y sin cohesión, la expresión delfactor de seguridad queda como sigue:

Hoek y Bray han construido ábacos que proporcionan los coeficientes A y Ben función del buzamiento y de las direcciones de buzamiento de los planos

de discontinuidad.

ROTURAS CIRCULARES Y CURVAS

Se llama rotura circular a aquella en la que la superficie de deslizamiento esasimilable a una superficie cilíndrica cuya sección transversal se asemeja a unarco de círculo.

Este tipo de rotura se suele producir en terrenos homogéneos, ya sea sueloso rocas altamente fracturadas, sin direcciones preferenciales dedeslizamiento, en los que además ha de cumplirse la condición de que eltamaño de las partículas de suelo o roca sea muy pequeño en comparacióncon el tamaño del talud. El método más utilizado para resolver el cálculo deestabilidad por rotura circular es el de las dovelas o rebanadas, que es



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bastante laborioso, por lo que se suele realizar ayudándose de programas deordenador. A continuación se revisan algunos métodos de cálculo.

Método simplificado de BISHOP

El método de BISHOP supone la superficie de deslizamiento circular . Se, es un

método de cálculo por dovelas o rebanadas. Se supone la masa deslizante

dividida en n fajas verticales. En la figura se recogen las fuerzas actuantes

sobre una de esas fajas. Estableciendo el equilibrio de momentos de toda lamasa deslizante respecto al centro del círculo de deslizamiento y despejando

FS se obtiene:



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De las ecuaciones de equilibrio de fuerzas verticales de cada rebanada sepuede despejar los Ni y sustituyendo en la ecuación anterior se obtiene:

En el método simplificado de Bishop se supone que se cumple:

Con esta simplificación la expresión queda:



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Bibliografía

Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A.Ed. Limusa (México) Fundamentos

de Mecánica de Suelos.

Manual del Ingeniero Civil. Tomo I. Sección 7.Merritt, F.S.Ed. Mc GrawHill.

Mecánica de Suelos en la Ingenierí a Práctica.Terzaghi, K. y Peck.Ed.Ateneo.

Webliografia

es.wikipedia.org/wiki /Talud

www.tecnosuelo.com.mx /...actividades /... /estabilidad_de_taludes

www.erosion.com.co /index.php?option=com...

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