estabilidad de taludes capitulo viii (reparado)

CAPITULO No VIII. ESTABILIDAD DE TALUDES

CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

1

ESTABILIDAD DE TALUDES

Existen en el medio una serie de inestabilidades en taludes o laderas ya sea provocadas por fenmenos

naturales como provocadas por el ser humano, dentro de estas se pueden observar las siguientes

fotografas:


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

2

En estas fotografas se puede evidenciar las caractersticas que tienen diferentes taludes construidos en

el pas. Se puede observar desde los materiales constituyentes hasta su configuracin.

Adems en la siguiente fotografa se puede observar el efecto que tiene la inestabilidad de taludes en el

pas.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

3

Las colinas

Cualquier construccin que requiera una superficie plana en una zona de pendiente, o alcanzar una

profundidad determinada por debajo de la superficie, precisan la excavacin de taludes (desmontes si

dan lugar a un solo talud, trinchera si la excavacin presenta un talud a cada lado). Ver figura No 1

Figura No. 1, Tipos de taludes, a) Desmonte, b) Trinchera

Los Taludes se construyen con la pendiente ms elevada que permite la resistencia del terreno,

manteniendo unas condiciones aceptables de estabilidad. Ver figura No 2

El diseo de taludes en ingeniera civil alcanza alturas mximas de 40 o 50 m, se proyectan para ser

estables a largo plazo. Sin embargo las cotas mineras pueden alcanzar profundidades de varios

centenares de metros.

a) b)


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

4

Figura No. 2, Partes de un talud

Los terraplenes y estructuras trreas que se utilizan para rellenos de predios, plataformas, caminos,

bordos, desniveles, pisos industriales, estacionamientos, patios de contenedores, ferrocarriles,

aeropuertos, rampas de hospitales u otras, etc., son el acumulamiento de suelo de una cierta calidad,

compactado de acuerdo a tcnicas ya muy conocidas. La resistencia de dicha acumulacin de suelo vara

de acuerdo al tipo que se use y de acuerdo al uso que se pretenda dar a tal obra.

Cuando lo anterior implica la formacin de un desnivel, comienza a denominarse talud o terrapln,

aunque esto entra a una disertacin que de manera exitosa presentan Rico y del Castillo, 1980, y de los

cuales se toma la siguiente clasificacin de taludes, por considerarla muy interesante y adecuada.

CLASIFICACION DE TALUDES

Naturales (Laderas)

Artificiales

Cortes Terraplenes

Por creep Por geologa desfavorable Flujo de materiales en seco

por lodos

cuas echados

Derrumbes y cados Erosin Tubificacin

rotacionales traslacional superficie compuesta fallas mltiples

agretamientos

Cuando se pretende analizar taludes se debe tener en cuenta los siguientes tpicos:

1. Dimensiones previstas (profundidad y longitud de los taludes)

a)

b)

Ancho

de berma

Angulo de

banco

Altura de

banco

Altura

Cabecera

Angulo de talud

Angulo general


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

5

2. Posicin de nivel fretico y condiciones hidrolgicas

3. Litologa y estructura geolgica

4. Requisitos del proyecto (taludes a largo o corto plazo)

Adems de lo anterior se debe realizar una investigacin in situ que deber contener informacin de las

condiciones del lugar, esta investigacin debe contener al menos lo siguiente:

1. Realizacin de conocimiento geolgico previo

2. Realizar calicatas en suelos rocas muy meteorizadas con el fin de obtener los materiales y tomar

muestras inalteradas.

3. Ssmica de refraccin a lo largo del perfil del talud

Proporciona datos necesarios para estimar ripabilidad

Espesores de materiales alterados, etc. (Debe realizarse en toda la longitud del talud o al

menos en tramos representativos).

4. Sondeos a lo largo del talud, de forma que se investigue tanto la zona de coronacin como la

parte inferior del mismo. El nmero depender de la complejidad geolgica y de la longitud del

talud. En los sondeos se tomaran muestras para realizar ensayos de laboratorio y se instalaran

tuberas piezomtricas para medir los niveles de agua.

Los ensayos ms caractersticos para el diseo o estudio de los taludes son los de clasificacin,

identificacin, corte directo en suelos y en rocas estudios de las discontinuidades y compresin simple.

Para que un talud presente condiciones favorables para fallar, pueden existir algunos o varias de las

consideraciones siguientes:

Efectos del agua: La mayor parte de las roturas se producen por los efectos del agua en el

terreno, aumentando la generacin de presin intersticial, o los arrastres y erosin superficial o

interna de los materiales que forman el talud. Puede decirse que el agua es el mayor enemigo

de la estabilidad de los taludes (adems de las acciones antrpicas, cuando se realizan

excavaciones inadecuadas sin criterios geotcnicos).

La presencia de agua en un talud reduce su estabilidad al disminuir la resistencia del terreno y

aumenta las fuerzas tendentes a la inestabilidad. Sus efectos ms importantes son:

o Reduce la resistencia al corte de los planos de rotura al disminuir la tensin normal

efectiva. tguc n

o La presin ejercida sobre grietas de traccin aumenta las fuerzas que tienden al

deslizamiento.

o Aumento del peso del material por saturacin

o Erosin interna por flujo subsuperficial o subterraneo

o Meteorizacin y cambios en la composicin mineralgica de los materiales.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

6

TALUDES EN SUELOS

Los taludes en suelos rompen generalmente a favor de superficies curvas, con forma diversa

condicionada por la morfologa y estratigrafa del talud.

La falla puede ser aproximadamente circular (la ms frecuente) con su entorno inferior en el pie del talud

(deslizamiento de pie), cuando este est formado por terreno homogneo o por varios estratos de

propiedades geotcnicas homogneas. Ver figura No 3

Figura No 4. Tipos de fallas en suelos

b) Superficie de falla circular a) Superficie de falla lineal

Figura No 3. Tipos

de falla

a) Falla en la base a) Falla en el pie a) Falla en el cuerpo


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

7

METODOS DE CALCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES

Es prctica comn en ingeniera definir la estabilidad de un talud en trminos de un factor de seguridad

(FS), obtenido de un anlisis matemtico de estabilidad. El modelo debe tener en cuenta la mayora de

los factores que afectan la estabilidad. Estos factores incluyen geometra del talud, parmetros

geolgicos, presencia de grietas de tensin, cargas dinmicas por accin de sismos, flujo de agua,

propiedades de los suelos, etc. Sin embargo, no todos los factores que afectan la estabilidad de un talud

se pueden cuantificar para incluirlos en un modelo matemtico. Por lo tanto, hay situaciones en las cuales

un enfoque matemtico no produce resultados satisfactorios. A pesar de las debilidades de un

determinado modelo, determinar el factor de seguridad asumiendo superficies probables de falla, permite

al Ingeniero tener una herramienta muy til para la toma de decisiones.

Se pueden estudiar superficies planas, circulares, logartmicas, parablicas y combinaciones de ellas. La

mayora de los trabajos que aparecen en la literatura sobre el tema asumen que el suelo es un material

isotrpico y han desarrollado mtodos de anlisis de superficies circulares o aproximadamente circulares

principalmente. Sin embargo, el mecanismo de falla en materiales residuales, donde aparece el suelo, la

roca meteorizada y la roca sana, as como formaciones aluviales y coluviales no isotrpicas requieren de

nuevos enfoques y del estudio de superficies de falla no simtricas. En los ltimos aos se han

desarrollado algunos modelos de superficies de falla con forma no geomtrica, pero se requiere todava

de un gran esfuerzo de investigacin en este tema.

Condiciones drenadas o no drenadas

Las fallas de los taludes pueden ocurrir en condiciones drenadas o no drenadas. Si la inestabilidad es

causada por cambios en la carga, tal como la remocin de materiales de la parte baja del talud o aumento

de las cargas en la parte superior, en suelos de baja permeabilidad, estos pueden no tener tiempo

suficiente para drenar durante el tiempo en el cual ocurre el cambio de carga. En ese caso se dice que

las condiciones son no drenadas.

Generalmente, los suelos tienen permeabilidades suficientes para disipar las presiones de poro en

exceso y se comportan en condiciones drenadas.

Para razones normales de carga, que equivalen a meses o semanas, suelos con permeabilidades

mayores de 104 cm/s, se pueden considerar drenadas y suelos con permeabilidades menores de 10-7

cm/s., se consideran no drenadas. Mientras las permeabilidades intermedias se consideran parcialmente

drenadas.

Duncan (1996) recomienda que para los taludes en los cuales la causa de la falla es el aumento de la

presin de poros debida a las lluvias, el problema debe analizarse como condicin drenada.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

8

Para determinar las condiciones de drenaje Duncan (1996) sugiere utilizar la siguiente expresin:

T = C t v / D 2

Donde:

T = Factor adimensional

Cv = Coeficiente de consolidacin

t = Tiempo de drenaje

D = Longitud del camino de drenaje o distancia de salida del agua al cambio de

presiones.

Si T es mayor de 3 la condicin es drenada.

Si T es menor de 0.01 la condicin es no drenada.

Si T est entre 0.01 y 3.0 ocurre drenaje parcial durante el tiempo de cambio de cargas.

En este caso deben analizarse ambas condiciones. El caso drenado y el caso no drenado.

Anlisis con esfuerzos totales o efectivos

Los problemas de estabilidad de taludes pueden analizarse suponiendo sistemas de esfuerzos totales o

efectivos. En principio, siempre es posible analizar la estabilidad de un talud utilizando el mtodo de

presin efectiva, porque la resistencia del suelo es gobernada por las presiones efectivas tanto en la

condicin drenada, como en la condicin no drenada. Pero en la prctica sin embargo es virtualmente

imposible determinar con precisin cuales son los excesos de presin de 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 es posible desarrollar anlisis precisos de estabilidad en estas condiciones, utilizando

procedimientos de esfuerzos efectivos. Sin embargo, se puede trabajar todo el anlisis utilizando

presiones efectivas, sin que se requiera especificar los valores de los excesos de poro en las condiciones

no drenadas.

Resistencias al cortante

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

a) En el laboratorio o en ensayos de campo, en tal forma que las cargas aplicadas, sean lo

suficientemente lentas para que se produzca drenaje.

b) En el laboratorio utilizando ensayos consolidados no drenados.

Las envolventes de falla determinadas usando estos dos mtodos se han encontrado que son las mismas

para todos los fines prcticos (Bishop y Bjerrum, 1960).

Estudios realizados por Skempton revelan que las resistencias drenadas pico de arcillas

sobreconsolidadas duras, son mayores en el laboratorio que las resistencias drenadas que pueden ser

movilizadas en el campo en un periodo de tiempo.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

9

Skempton recomienda realizar los ensayos remoldeando la arcilla en el laboratorio a un contenido de

agua cercano al lmite lquido, reconsolidndolo en el laboratorio y midiendo la resistencia en una

condicin normalmente consolidada. En los casos en los cuales ya ha ocurrido la falla del talud, se

recomienda utilizar las resistencias residuales (Skempton, 1970,1977,1985).

Para suelos parcialmente saturados tales como arcillas compactadas o suelos arcillosos por encima del

nivel fretico, las resistencias no drenadas deben obtenerse utilizando ensayos no consolidados no

drenados en muestras con el mismo grado de saturacin que el suelo en el campo. La envolvente de falla

para esos suelos generalmente, es curva y por lo tanto es importante utilizar el mismo rango de presiones

de confinamiento en los ensayos de laboratorio que en el campo.

Para suelos que son completamente saturados, el ngulo de friccin para condiciones no drenadas es

igual a cero. La resistencia no drenada para suelos saturados puede ser determinada de ensayos no

consolidados no drenados.

Pesos unitarios y presiones de poro

Los problemas de estabilidad de taludes pueden formularse correctamente en trminos de esfuerzos

totales, utilizando pesos unitarios totales y lmites externos de presin de poros.

Los pesos unitarios totales son pesos hmedos por encima del nivel fretico y saturados por debajo del

nivel fretico. En el caso de que se utilicen pesos sumergidos, se debe ignorar la presencia de nivel

fretico.

Las condiciones de presin de poros son generalmente, obtenidas de las caractersticas de las aguas

subterrneas y pueden especificarse para los anlisis utilizando los siguientes mtodos:

1) Superficie fretica

Esta superficie o lnea en dos direcciones se define como el nivel libre del agua subterrnea. En una

superficie fretica la presin de poros es calculada de acuerdo a las condiciones de estado de regimen

permanente (Steady-state), de acuerdo al diagrama que se muestra en la figura 5. Este concepto se basa

en la suposicin de que todas las lneas equipotenciales sean ortogonales. Entonces, si la inclinacin del

segmento de superficie fretica es y la distancia vertical entre el punto y la superficie fretica es hw,

entonces la presin de poros est dada por la expresin u = w (hw cos2 ) En el caso de lneas freticas de

gran pendiente, el clculo anterior puede resultar sobre estimado y se requiere tener en cuenta que las

lneas equipotenciales tienden a ser curvas.

2. Datos piezomtricos

Es la especificacin de presiones de poros en puntos discretos dentro del talud y la utilizacin de un

esquema de interpolacin para estimar las presiones de poro requeridas a cualquier punto. Las presiones


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

10

piezomtricas pueden determinarse mediante piezmetros, redes de flujo o soluciones numricas,

utilizando diferencias finitas o elementos finitos. Aunque este sistema est disponible solamente en muy

pocos de los programas de computador existentes, se recomienda por su confiabilidad para representar

las condiciones reales en el campo (Chugh, 1981).

Figura No 5.Presin de poros en las rebanadas de anlisis de estabilidad, para superficies piezomtricas,

lneas de nivel fretico y redes de flujo

3. Relacin de presin de poros

Este es un mtodo muy simple y popular para normalizar el valor de la presin de poros en un talud de

acuerdo a la definicin:

v

u

ur

,

Donde:

U= presin de poros

v=Esfuerzo total vertical del suelo a una profundidad z.

Este factor se implementa fcilmente, pero la mayor dificultad est asociada con la asignacin de este

parmetro a diferentes partes del talud. En ocasiones, el talud requiere de una extensiva subdivisin en

regiones con diferentes valores de ru .

4. Superficie piezomtrica

Esta superficie se define para el anlisis de una determinada superficie de falla. Debe tenerse claridad en

que la superficie piezomtrica no es la superficie fretica y que el mtodo de calcular la presin de poros


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

11

es diferente para los dos casos. En la superficie piezomtrica, la presin de poros es la distancia vertical

entre la superficie piezomtrica indicada y el punto (figura 5).

5. Presin de poros constante

Este procedimiento puede utilizarse si el Ingeniero desea especificar una presin de poros constante en

una determinada capa de suelo. Este sistema puede utilizarse para analizar la estabilidad de rellenos

colocados sobre suelos blandos, durante la construccin donde se generan presiones de poro, de

acuerdo a la teora de la Consolidacin.

Efecto de los ductos de agua en la corona de los taludes sobre el anlisis de estabilidad

Siempre que sea posible es imperativo el localizar los ductos de agua lejos de la corona de taludes o

laderas donde se requiera su estabilidad. Como una regla general la distancia entre la corona de los

taludes y la localizacin de todo tipo de tuberas y servicios debe ser igual a la altura total del talud.

Aunque este es el estndar mnimo recomendado (Abramson, 1996), en ocasiones se requieren

aislamientos mayores.

En el caso en el cual no es posible mantener estos aislamientos, el talud debe disearse para tener en

cuenta su saturacin debida a la muy posible infiltracin de agua, teniendo en cuenta que en la mayora

de los casos se producen fugas de los ductos.

Grietas de tensin en los anlisis de estabilidad

La existencia de grietas de tensin aumenta la tendencia de un suelo a fallar, la longitud de la superficie

de falla a lo largo de la cual se genera resistencia es reducida y adicionalmente la grieta puede llenarse

con agua, en el caso de lluvias.

La profundidad de las grietas de tensin puede determinarse de acuerdo a la siguiente expresin:

Generalmente se recomienda la utilizacin de parmetros efectivos.

La presencia de grietas de tensin dificulta en forma considerable la confiabilidad de los anlisis cuando

no se tiene en cuenta este factor. Las grietas de tensin son muy importantes y profundas en cortes de

taludes, donde existe un alivio de presiones de confinamiento al ejecutarse la excavacin.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

12

A continuacin se presentan algunos mtodos de anlisis universalmente conocidos para el clculo del

Factor de Seguridad.

Tabla No 1. Mtodos de anlisis de estabilidad de taludes

Mtodo de tablas o nmero de estabilidad

Para taludes simples homogneos se han desarrollado tablas que permiten un clculo rpido del Factor

de Seguridad. Existe una gran cantidad de tablas desarrolladas por diferentes Autores. La primera de

ellas fue desarrollada por Taylor en 1937 y 1948, las cuales son aplicables solamente para anlisis de

Superficie

Mtodo de falla Equilibrio Caractersticas


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

13

esfuerzos totales, debido a que no considera presiones de poro. Desde entonces varias tablas han sido

sucesivamente presentadas por Bishop y Morgenstern (1960), Hunter y Schuster (1968), Janb (1968),

Morgenstern (1963), Spencer 1967), Terzaghi y Peck (1967) y otros, las cuales se resumen en la tabla .2

Tabla .2 Listado de tablas para clculo de estabilidad de taludes


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

14

EQUILIBRIO LMITE Y FACTOR DE SEGURIDAD

El anlisis de los movimientos de los taludes o laderas durante muchos aos se ha realizado utilizando

las tcnicas del equilibrio lmite. Este tipo de anlisis requiere informacin sobre la resistencia del suelo,

pero no se requiere sobre la relacin esfuerzo-deformacin.

El sistema de equilibrio lmite supone que en el caso de una falla, las fuerzas actuantes y resistentes son

iguales a lo largo de la superficie de falla equivalentes a un factor de seguridad de 1.0.

El anlisis se puede realizar estudiando directamente la totalidad de la longitud de la superficie de falla o

dividiendo la masa deslizada en tajadas o dovelas. Cada da se han mejorado los sistemas de Dovelas

desarrollados a inicios del siglo XX y existe Software muy fcil de utilizar. Generalmente, los mtodos son

de iteracin y cada uno de los mtodos posee un cierto grado de precisin. Ver tabla No 1

El Factor de Seguridad es empleado por los Ingenieros para conocer cul es el factor de amenaza de

que el talud falle en las peores condiciones de comportamiento para el cual se disea. Fellenius (1927)

present el factor de seguridad como la relacin entre la resistencia al corte real, calculada del material

en el talud y los esfuerzos de corte crticos que tratan de producir la falla, a lo largo de una superficie

supuesta de posible falla:

F.S. = Resistencia al corte/Esfuerzo al cortante

En superficies circulares donde existe un centro de giro y momentos resistentes y actuantes:

F.S. = Momento resistente/Momento actuante

Existen, adems, otros sistemas de plantear el factor de seguridad, tales como la relacin de altura crtica

y altura real del talud y mtodo probabilstico.

La mayora de los sistemas de anlisis asumen un criterio de equilibrio lmite donde el criterio de falla de

Coulomb es satisfecho a lo largo de una determinada superficie (Tabla No 1).

Se estudia un cuerpo libre en equilibrio, partiendo de las fuerzas actuantes y de las fuerzas resistentes

que se requieren para producir el equilibrio. Calculada esta fuerza resistente, se compara con la

disponible del suelo o roca y se obtiene una indicacin del Factor de Seguridad.

Otro criterio es el de dividir la masa a estudiar en una serie de tajadas, dovelas o bloques y considerar el

equilibrio de cada tajada por separado. Una vez realizado el anlisis de cada tajada se analizan las

condiciones de equilibrio de la sumatoria de fuerzas o de momentos.

F.S. = sumatoria de Resistencias al corte/ sumatoria de Esfuerzos al cortante

Los mtodos de anlisis lmites disponibles para calcular la posibilidad de que se desarrolle un

deslizamiento de tipo rotacional en el cuerpo de un talud, al igual que prcticamente todos los mtodos de

clculo de estabilidad de taludes, siguen tres pasos:


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

15

1. Establece una hiptesis sobre el mecanismo de la falla que se producir. Ello incluye tanto la

forma de la superficie de falla como una descripcin cinemtica completa de los movimientos que

se produciran sobre ella y un anlisis detallado de las fuerzas motoras.

2. Se adapta una ley de resistencia para el suelo. Las leyes en uso en la actualidad ya han sido

suficiente discutidas. Con base en las leyes se podrn analizar las fuerzas resistentes

disponibles.

3. Se establece algn procedimiento matemtico de confrontacin para definir si el mecanismo de

falla propuesto podr ocurrir o no bajo la accin de las fuerzas motoras, mencionando el efecto

de las fuerzas resistentes.

Clasificacin de los mtodos de Clculo

Los mtodos de clculo para analizar la estabilidad de un talud se pueden clasificar en dos grandes

grupos.

Mtodos de clculos en deformaciones: Consideran en el clculo las deformaciones del terreno

adems de las leyes de la esttica. Su aplicacin prctica es de gran complejidad y el problema

debe estudiarse aplicando el el mtodo de elementos finitos u otros mtodos numricos.

Mtodo de equilibrio lmite: Se basan exclusivamente en las leyes de la esttica para determinar

el estado de equilibrio de una masa de terreno parcialmente inestable. No tiene en cuenta las

deformaciones del terreno. Suponiendo que la resistencia al corte se moviliza total y

simultneamente a lo largo de la superficie de corte.

Se pueden clasificar a la vez en dos grupos:

1. Mtodos exactos: La aplicacin de las leyes de la esttica proporciona una solucin exacta

del problema con la nica salvedad de las simplificaciones propias de todos los mtodos de

equilibrio limite (ausencia de deformaciones, factor de seguridad constante en toda la

superficie de rotura).

Esto solo es posible en casos de geometra sencilla como por ejemplo: la rotura planar y

roturas de cuas.

2. Mtodos no exactos: En la mayor parte de los casos la geometra de la superficie de rotura

no permite obtener una solucin exacta del problema mediante la nica aplicacin de las

ecuaciones de esttica. El problema es hperesttico y ha de hacerse alguna simplicacin o

hiptesis previa que permita su resolucin.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

16

Se puede distinguir aqu entre los mtodos que consideran el equilibrio global de la masa deslizante,

hoy prcticamente en desuso y los mtodos de dovelas que consideran a la masa deslizante dividida en

una serie de fajas verticales.

En el primer caso la hiptesis previa suele hacerse respecto a la distribucin de tensiones normales en la

superficie de deslizamiento. Tal es el caso de Mtodo del crculo de friccin de rozamiento.

En los mtodos de dovelas dicha distribucin no es un dato del problema sino un resultado de su

resolucin. Las hiptesis previas se refieren generalmente a las fuerzas laterales entre las dovelas y

existen una gran variedad de mtodos que consideran diferentes hiptesis.

Los mtodos de las dovelas se pueden clasificar en dos grupos:

1. Mtodos aproximados:

No cumplen todas las ecuaciones de la esttica. Se pueden citar como ejemplo los mtodos:

Fellenius

Jambu

Bishop Simplificado

2. Mtodos precisos o completos: cumplen todas las ecuaciones de la esttica, los ms

conocidos son:

Morgenstern-Price

Spencer

Bishop riguroso

Mtodos probabilsticos

Considera la probabilidad de rotura de un talud bajo unas condiciones determinadas. Es

necesario conocer las funciones de distribucin de los diferentes valores considerados como

variables aleatorias en los anlisis (lo que supone su mayor dificultad por la gran cantidad de

datos necesarios, dadas las incertidumbres sobre las propiedades de los materiales) realizndose

a partir de ellas los clculos de factores de seguridad mediante procesos iterativos. Se obtienen

las funciones de densidad de probabilidad y distribucin de probabilidad del factor de seguridad y

curvas de estabilidad de talud, con el factor de seguridad asociado a una determinada

probabilidad de ocurrencia

La eleccin del mtodo de anlisis ms adecuado en cada caso depender de:

Las caractersticas geolgicas y geomecnicas de los materiales (suelo o macizos rocosos)


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

17

Los datos disponibles del talud y su entorno. (geomtricos, geolgicos, geomecnicos, hidrolgicos,

etc)

Alcance y objetivo del estudio, grado de detalle y resultados que se espera tener.

Con los datos obtenidos en el estudio del talud se establecen ecuaciones de equilibrio entre las fuerzas

que producen el deslizamiento y las resistentes

El anlisis proporciona un valor de coeficiente de seguridad del talud en la superficie analizada, referida

al equilibrio estricto o limite de las fuerzas que actan. Es decir, el coeficiente de seguridad por el que

deben dividirse las fuerzas tangenciales resistentes para alcanzar el equilibrio estricto

sdeslizantegencialestensiones

sresistentegencialestensionesFS

izadorasdesestabilFuerzas

dorasestabilizaFuerzasFS

tan

tan

Una vez evaluado el coeficiente de seguridad de la superficie de rotura supuesta es necesario analizar

otras superficies de rotura, cinematicamente posibles hasta encontrar aquella que contenga el menor

coeficiente de seguridad el cual se admite como Superficie potencial de rotura del talud

Las fuerzas actuando sobre un plano de rotura o deslizamiento potencial, suponiendo que no existen

fuerzas externas sobre el talud son:

Peso del material

Cohesin

Friccin del plano

El coeficiente viene dado por:

donde

S

RRFS

c,

Rc= fuerzas cohesivas= CA

R= fuerzas friccionales = W cos tan

S= fuerzas que tienden al deslizamiento= W sen , ver figura No 4

Los mtodos de equilibrio lmite se clasifican en:

Mtodos que consideran el anlisis del bloque o masa total (se usa en materiales homogneos y

analizan la componente de fuerzas en un punto)

Mtodos que consideran la masa dividida en rebanadas o fajas verticales

Taludes en suelos:

Mtodo del talud infinito.

El mtodo se basa en la hiptesis de que la longitud de una rotura plana superficial paralela al

talud puede considerarse infinita con respecto al espesor deslizado. Este mtodo se utiliza


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

18

generalmente para el anlisis de laderas naturales. Para su anlisis basta con analizar una

seccin como la que se muestra en la figura No 5. Analizando lo que sucede en una seccin o

rebanada del talud sometido lateralmente a los empujes ya sea de su peso propio en la base. El

peso produce una fuerza tangencial deslizante (la

componente del peso paralela al talud) y al mismo tiempo genera un mecanismo de rozamiento (debida

a la componente normal), funcin del rozamiento interno del terreno, que se opone al deslizamiento

mediante su componente tangencial ( o paralela al talud) a esta componente resistente hay que aadir en

su caso, la posible existencia de una fuerza resistente debida a la cohesin

Si no hay cohesin (caso ms simple) el coeficiente de seguridad viene dado por:

coscos

,cos

tan

tantan

2 HsenSH

l

WsenS

l

W

SSFS

n

n

n

, donde l es la longitud de la base de la rebanada, el ngulo de

rozamiento efectivo y el peso volumtrico del terreno,

Rc

R W sen

W cos

W

A U Figura No 4. Bloque deslizante

Fuerzas desestabilizadoras:

Componente del peso actuando en la direccin del plano de rotura W sen

Resultante de las presiones intersticiales o del agua, U, que acta en la posible superficie de rotura

Cargas externas estticas y dinmicas ejercidas sobre el talud contrarias a la estabilidad

Fuerzas estabilizadoras:

Resistencia al esfuerzo cortante del terreno debida a la cohesin y rozamiento interno movilizados a lo largo de la

superficie de rotura.

Componente del peso actuando normal a la superficie de rotura W cos

Fuerzas exteriores a favor de la estabilidad


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

19

Taludes en arenas limpias

Un talud formado por arena seca y limpia es estable, independientemente de su altura, con tal que su

ngulo de inclinacin (), sea menor que el ngulo de friccin interna de la arena correspondiente a su

compacidad y dems condiciones ver figura No 6. En este caso el riesgo de falla se puede expresar por

medio de un factor de seguridad:

tan

tanseguridaddeFactor No puede existir un talud en arena seca y limpia con un ngulo de

inclinacin superior a , independientemente de su altura

Figura No 6. Taludes en arena

Mtodo de la masa total. Mtodo de Taylor, suelos puramente cohesivos

Utiliza superficies de rotura en dos dimensiones y representa el problema real en taludes de altura finita,

cuando no existen zonas de terreno que definen claramente el desarrollo de la superficie de rotura. Ver

figura No 7.

Sobre la superficie de rotura se ejercen las acciones siguientes:

El esfuerzo tangencial distribuido sobre la superficie de rotura, de resultante (Rc+R)

El esfuerzo normal distribuido sobre dicha superficie, de resultante N

Figura No. 5. Anlisis de estabilidad en taludes Infinitos

Inclinacin limite

Inclinacin estable Inclinacin inestable,

cae en la zona rayada

=


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

20

Con la definicin de coeficiente de seguridad, FS y considerando el criterio de rotura de Mohr-Coulomb y

considerando un terreno homogneo, la resistencia tangencial movilizada para llegar al equilibrio estricto

ser:

Figura No 7. Mtodo de Taylor para estabilidad de Taludes

FF

C

FS n

tan , por lo que los esfuerzos distribuidos en la superficie de rotura puede sustituirse

por

Mm= Sumatoria de Wd;

Mr= CuLR, en el momento de la falla incipiente Mm=Mr

Wd

CuLR

Mm

MrFS

,

Probable superficie de

rotura

Esfuerzo tangencial

Esfuerzo normal

Peso W

R

d


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

21

Figura 8 Fuerzas que actan sobre una dovela en los mtodos de dovelas.

Mtodo Ordinario o de Fellenius

Conocido tambin como mtodo Sueco, mtodo de las Dovelas o mtodo U.S.B.R.

Este mtodo asume superficies de falla circulares, divide el rea de falla en tajadas verticales, obtiene las

fuerzas actuantes y resultantes para cada tajada y con la sumatoria de estas fuerzas obtiene el Factor de

Seguridad.

Las fuerzas que actan sobre una dovela son (Figura 9):

a. El peso o fuerza de gravedad, la cual se puede descomponer en una tangente y una normal a la

superficie de falla.

b. Las fuerzas resistentes de cohesin y friccin que actan en forma tangente a la superficie de falla.

c. Las fuerzas de presin de tierras y cortante en las paredes entre dovelas , las cuales no son

consideradas por Fellenius, pero s son tenidas en cuenta en otros mtodos de anlisis ms detallados.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

22

Figura 9 Fuerzas que actan sobre una dovela en los mtodos de dovelas.

Cuando existe agua es necesario tomarlo en cuenta en el anlisis por lo que para ver el efecto se debe

estudiar las siguientes figuras .


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

23

Mtodo de Bishop

Bishop (1955) present un mtodo utilizando Dovelas y teniendo en cuenta el efecto de las fuerzas entre

las Dovelas. Ver figura No 10.

La solucin rigurosa de Bishop es muy compleja y por esta razn se utiliza una versin simplificada de su

mtodo, de acuerdo a la expresin:


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

24

Figura No 10. Mtodo de Bishop


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

25


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

26

Figura No 10. Mtodo simplificado de Bishop

Mtodo de Janb

Janb (1973) presenta un mtodo de Dovelas para superficies de falla curvas, no circulares.

De acuerdo con Janb (ecuacin modificada):

Donde fo depende de la curvatura de la superficie de falla (ver figuras siguientes para su aplicacin)


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

27

A continuacin se presentan algunos mtodos de anlisis de estabilidad de taludes, utilizando bacos


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

28

Las tablas desarrolladas por Janb (1968), permiten el anlisis de diferentes condiciones

geotcnicas y factores de sobrecarga en la corona del talud, incluyendo niveles freticos y grietas

de tensin.

El mtodo de tablas de Janb presenta dos procedimientos, uno para suelos cohesivos ( = 0), y

otro para suelos friccionantes ( > 0). Para suelos cohesivos el procedimiento es el mismo de

Taylor. Para suelos friccionantes o mixtos el procedimiento es un poco ms complejo.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

29

Para la aplicacin del mtodo se debe utilizar las siguientes tablas o nomogramas, asi como los

parmetros aplicables el anlisis

Se requiere conocer:

Altura de cada suelo H (metros).

Pendiente del talud (grados).

Cohesin del suelo Cu (KN/m2).

Altura del nivel fretico HW (m).

Peso especifico del suelo (KN/m3)

Perfil geotcnico incluyendo todos los mantos de suelo.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

30


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

31


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

32


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

33

Comparacin de los diversos mtodos

La cantidad de mtodos que se utilizan, los cuales dan resultados diferentes y en ocasiones

contradictorios son una muestra de la incertidumbre que caracteriza los anlisis de estabilidad.

Los mtodos ms utilizados por los ingenieros geotcnicos en todo el mundo son los simplificados de

Bishop y de Janb, los cuales en su concepcin terica no satisfacen equilibrios de fuerzas o de

momentos. Los valores de factores de seguridad que se obtienen por estos dos mtodos generalmente,

difieren en forma importante de resultados utilizando procedimientos que satisfacen el equilibrio, como

son los mtodos de Spencer y de Morgenstern-Price.

Aunque una comparacin directa entre los diversos mtodos no es siempre posible, los factores de

seguridad determinados con el mtodo de Bishop difieren por aproximadamente el 5% con respecto a

soluciones ms precisas, mientras el mtodo simplificado de Janb generalmente, subestima el factor de

seguridad hasta valores del 30%, aunque en algunos casos los sobrestima hasta valores del 5%. Esta

aseveracin fue documentada por Freddlund y Krahn (1977). Los mtodos que satisfacen en forma ms

completa el equilibrio son ms complejos y requieren de un mejor nivel de comprensin del sistema de

anlisis. En los mtodos ms complejos y precisos se presentan con frecuencia problemas numricos

que conducen a valores no realsticos de FS. Por las razones anteriores se prefieren mtodos ms

sencillos pero ms fciles de manejar como son los mtodos simplificados de Bishop o de Janb.

PROCEDIMIENTO

CONDICION DE EQUILIBRIO SATISFECHA ECUACIONES

E

INCOGNITAS

FORMA DE LA

SUPERFICIE

DE FALLA

APLICABLE A

MOMENTO

TOTAL

MOMENTO

DOVELA

IND.

VERT. HOR. Clculos

Manuales

Clculos

Computadora

METODO ORDINARIO DE

DOVELAS

Si No No No 1 Circular Si si

METODO DE BISHOP

MODIFICADO

Si No Si No N+1 Circular Si Si

METODO DE JANBU

PROCEDIMIENTO GENERA-

LIZADO.

Si Si Si Si 3N Cualquiera Si Si

METODOS DE SPENCER Y

MORGENSTERN Y PRICE

Si Si Si Si 3N Cualquiera No Si

METODO DE

LOWE Y KARAFIATH

No No Si Si 2N Cualquiera Si

Si

METODO DE ESPIRAL

LOGARITMICA

Si - Si Si 3 Espiral

Logartmica

Si Si


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

34

METODOS NUMERICOS Y APLICACIONES DEL COMPUTADOR

El auge que ha tomado en los ltimos aos el uso del computador prcticamente, ha obligado a su

empleo para el anlisis de estabilidad de taludes, en la mayora de los casos. Este sistema ha permitido

incorporar ms informacin en los modelos de anlisis y permite analizar situaciones que no eran

posibles con los sistemas manuales.

Actualmente se conocen programas comerciales de software para computador, tales como SLOPE/W,

STABLE y TALREN, los cuales permiten de una forma rpida y sencilla obtener los factores de seguridad

de taludes o laderas con cierto grado de complejidad y por cualesquiera de los mtodos de anlisis.

Algunos mtodos emplean los elementos finitos, con muy poco xito en la estabilidad de taludes

especficos, y otros emplean anlisis de equilibrio por interaccin, siendo este ltimo sistema muy

empleado universalmente.

Anlisis por elementos finitos

El mtodo de elementos finitos resuelve muchas de las deficiencias de los mtodos de equilibrio lmite,

este mtodo fue introducido por Clough y Woodward (1967). El mtodo esencialmente divide la masa de

suelo en unidades discretas que se llaman elementos finitos. Estos elementos se interconectan en sus

nodos y en bordes predefinidos. El mtodo tpicamente utilizado es el de la formulacin de

desplazamientos, el cual presenta los resultados en forma de esfuerzos y desplazamientos a los puntos

nodales. La condicin de falla obtenida es la de un fenmeno progresivo en donde no todos los

elementos fallan simultneamente. Aunque es una herramienta muy poderosa su utilizacin es muy

compleja y su uso muy limitado para resolver problemas prcticos. Wong (1984) menciona la dificultad de

obtener factores de seguridad a la falla.

Aunque su utilizacin no est muy expandida existen algunos programas de anlisis de estabilidad de

taludes utilizando mtodos numricos. De estos se conocen los programas FLAC, UDEC ( Benko-Stead-

1993), PLAXIS entre otros.

En el mtodo FLAC los materiales son representados por zonas para formar una malla de acuerdo a la

geometra y se puede seleccionar una variedad de relaciones esfuerzo/deformacin.

En el mtodo UDEC el talud se divide en bloques de acuerdo al sistema de juntas o grietas, los cuales

pueden ser rgidos o deformables.

Un anlisis por elementos finitos debe satisfacer las siguientes caractersticas:

1. Debe mantenerse el equilibrio de esfuerzos en cada punto, el cual es realizado empleando la teora

elstica para describir los esfuerzos y deformaciones. Para predecir el nivel de esfuerzos se requiere

conocer la relacin esfuerzo - deformacin.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

35

2. Las condiciones de esfuerzos de frontera deben satisfacerse.

Existe dificultad en la mayora de los casos prcticos reales para definir la relacin esfuerzo -

deformacin, por lo difcil que es describir los depsitos de suelos naturales en trminos de esfuerzo -

deformacin. Otra limitante es el poco conocimiento de los esfuerzos reales in situ que se requieren

para incorporar en el modelo. Solamente en casos de proyectos de grandes presas y cortes en roca para

objetivos mineros, se han desarrollado programas exitosos de estudio de taludes por elementos finitos.

Generalmente, se usa un anlisis en dos direcciones por la facilidad de su aplicacin, de acuerdo a la

capacidad de los computadores sencillos.

El anlisis planar o en dos direcciones asume cero esfuerzo o cero deformacin en las superficies

laterales del modelo, por lo tanto para que se simulen las condiciones de campo se requiere que existan

esas condiciones.

El empleo de anlisis en dos direcciones se puede ampliar aplicando al modelo una carga hidrosttica

lateral.

En la figura 11 se muestra una malla tpica para el anlisis de un talud por elementos finitos (Ashford y

Sitar 1994). Generalmente, las mallas analizadas contienen elementos de tamao uniforme con

anchos(w) y alturas(h) iguales. El tamao y forma de los elementos influye en forma importante sobre los

resultados obtenidos. Es comn que entre ms pequeos sean los elementos se obtienen mayores

niveles de esfuerzos de tensin en la cresta del talud , para el caso de la figura 4.11.

La altura del elemento es tal vez el factor ms importante y se recomiendan por lo menos diez niveles de

elementos entre el pi y la cabeza del talud para simular en forma precisa el comportamiento del talud.

Figura 11 Malla tpica para el anlisis de un talud vertical por elementos finitos

(Ashford y Sitar 1994).


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

36

Existe en la literatura una gran cantidad de sistemas de elementos finitos con sus respectivos programas

de computador, especialmente para taludes en roca, donde los defectos geolgicos de la roca, ms que

la resistencia de la roca en s, controlan la estabilidad de un talud determinado. Los modelos numricos

son muy tiles para analizar fallas en las cuales no existe una superficie continua de cortante como es el

caso de las fallas por volteo. La incorporacin de los defectos o discontinuidades dentro del modelo

permiten estudiar el comportamiento del talud. Los elementos finitos pueden emplearse para estudiar las

diversas posibilidades de falla en un talud con juntas o para encontrar los efectos de varios sistemas de

estabilizacin para el estudio en casos generales, donde las propiedades de los suelos o rocas y

condiciones de frontera se pueden suponer.

Anlisis en tres dimensiones

La mayora de los deslizamientos posee una geometra en tres dimensiones; varios autores han

presentado mtodos de anlisis. De los cuales merece especial inters el de Yamagami y Jiang (1996).

Este mtodo utiliza las ecuaciones de factor de seguridad de Janb, junto con un esquema de

minimizacin basado en programacin dinmica. Con este programa se obtiene la superficie de falla

crtica en tres dimensiones, sin restriccin a la forma de la falla, su respectivo factor de seguridad y la

direccin del movimiento (Figura 12).

Figura 12 Direccin del deslizamiento y superficie de falla crtica en un anlisis en tres dimensiones (

Yamagami y Jiang, 1996).


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

37

CONSIDERACIONES SISMICAS

El anlisis de estabilidad de taludes con fuerzas ssmicas en el mtodo de Fellenius, consiste en

considerar las cargas producidas por un sismo, en forma de fuerzas estticas. Solamente se analizan dos

componentes de aceleracin: una en la direccin horizontal y la otra en la direccin vertical.

Las fuerzas ssmicas que se toman en cuenta para realizar el anlisis ssmico son: la fuerza ssmica

horizontal (kh Wi) y la fuerza ssmica vertical (kv Wi) como se muestra en la figura No 13. Ambas fuerzas

estn en funcin del peso Wi de la dovela as como tambin de los coeficientes ssmico (kh Kv).

Figura No 13. Mtodo de Fellenius considerando fuerzas ssmicas.

Las fuerzas normales (Ni) y tangenciales (Ti) que se generan en la base de las dovelas debido al peso

(Wi) y a las fuerzas ssmicas ((kh Wi) y (kv Wi)), pueden ser deducidas al considerar el equilibrio de las

dovelas mostradas en la figura No 13.

Haciendo la suma de todas las fuerzas en la direccin perpendicular a la base de la dovela y hacia abajo

positivo, se tiene que:

senWKWkNi

senWKNWWK

ihiv

ihiiiv

cos)1(

0coscos

De la misma manera, en la direccin paralela a la base de la dovela positivo en la direccin del

deslizamiento, se tiene lo siguiente:

cos)1(

0cos

ihiv

ihiiiv

WKsenWkTi

WKTsenWsenWK

El momento resistente (Mr) y el momento actuante (Ma) vienen definidos de la siguiente manera:

(d)

LEYEND

Base Firme

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

Base Firme

(c)


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

38

i

i

TRMm

LiRMr

)(

Si el esfuerzo cortante est dado por la expresin ya conocida:

=C+tan y conociendo que la dovela tiene un ancho unitario en la direccin perpendicular al papel, el

momento resistente viene dado por:

)tanlC(

)tanC(

)tanC(

i

NRMr

ll

NRMr

lRMr

i

i

i

Sustituyen la ecuacin anterior se tiene

)tan)cos)1((lC( i senWKWkRMr ihiv

Sustituyendo en la ecuacin de Mm se obtiene el momento motor asi:

iihiv WKsenWkRMm cos)1(

El factor viene dado por :

iihiv

ihiv

iihiv

ihiv

WKsenWk

senWKWkFS

WKsenWkR

senWKWkRFS

cos)1(

)tan)cos)1((lC(

cos)1(

)tan)cos)1((lC(

i

i


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

38


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

39


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

40


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

41


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

42


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

43

ORIGEN DE LOS DIFERENTES ESTRATOS Y MATERIALES QUE COMPONEN AMSS.

En la Tabla No 3 se muestra un resumen de cada uno de los estratos de los materiales volcnicos que

conforman la superficie del AMSS, destacando, su lugar de emisin, tipo de erupcin y materiales que los

componen. Los estratos se encuentran nombrados desde la base hasta los ms superficiales.

Figura No 1. Fotografas de materiales volcnicos; a) Col. Escaln Plantel Concretera Salvadorea, b)

Quebrada 7 Pilas, Cuidad Corinto, c) Paseo General Escaln, d) Plan de la Laguna, e) Rivera del rio Las

Caas [Agosto, 2012].

(a) (b)

(c) (d)

(e)

FUENTE: Fotografas de a- d fueron extradas Diapositivas de Congreso Geolgico de Amrica Central, San Jose, Costa Rica Junio 2008. La fotografa e,

proviene del Autor, (2012).


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

44

Tabla No 3. Resumen de los estratos de los materiales volcnicos que forman parte del AMSS. (Ver fotografas en Figura No 1)

Estrato o

Deposito

Lugar de

emisin

Tipo de Erupcin Caractersticas de Materiales

ASS (Andesita

de San

Salvador )

Volcn de

San Salvador.

Colada de lava Andesita, andestico-basltico hasta dacita

Arce Caldera de

Coatepeque

Erupcin explosiva

(corresponde a la mayor

explosin)

Cenizas compuestas por arenas medias a finas de pmez con biotita, tiene color beige claro

amarillento.

Congo Caldera de

Coatepeque

Erupcin explosiva Cenizas finas, color beige claro, algo cementadas, duras y de 38 cm de espesor en el estrato.

Apopa Volcn de

San Salvador

Erupcin estromboliana. Lapilli escoriceo basltico, color gris oscuro, vesicular y suelto cuando no presenta oxidacin,

afloramiento de color caf.

TB4 Caldera de

Ilopango

Erupcin pliniana Capa de pmez de color blanco, capa de lapilli de pmez con gradacin normal, ceniza de cada

fina blanca (en base) o amarillento (en techo).

G1 Volcn de

San Salvador

Erupcin pliniana (la ms

grande conocida del volcn

de San Salvador)

Pmez de cada vesiculados, de composicin dactico o andesticos, grisceo, algo suelto, con

moderada presencia de ltico oxidados y angulares, en parte proximal se observan varios niveles de

oleadas piroclsticas Surge.

TB3 Caldera de

Ilopango

Erupcin pliniana Pmez y cenizas de cada con granulometra fina, color blanco con presencia de lapilli acrecional y

flujos piroclsticos basales.

TB2 Caldera de

Ilopango

Erupcin pliniana Cada de pmez ligeramente mayor a TB3, caracterizado por ser mal seleccionado, con

abundantes minerales oscuros representados por horblenda, techo con paleosuelo de delgado

espesor y color caf oscuro.

G2 Volcn de

San Salvador

Erupcin pliniana Escorias poco vesiculadas, densa, afantica, color gris claro o gris pardo, mezclas de magmas,

lticos basltico rojizos densos, andesitas caf amarillentas y lticos hidrotermalizados.

IB (Ignimbrita

Boquern )

Volcn de

San Salvador.

Erupcin pliniana Flujos piroclsticos de color caf oscuro (surges) y caf claro, poco consolidado, matriz de

cenizas finas medianamente consolidadas con fragmentos de escoria gris, escorias juveniles y

lticos andesticos .etc.

PL (Plan de la

Laguna)

Plan de la

Laguna

Erupcin monogentica En la base posee lapilli andesticos, vesicular gris, superpuesto por oleadas, la parte intermedia

compuesta por cenizas de cada y oleadas piroclsticas. El techo formado por lapilli acrecional.

TBJ (Tierra

Blanca Joven)

Caldera de

Ilopango

Erupcin ultrapliniana

(ltima explosin de esta

caldera de gran dimensin)

Compuesta por diferentes depsitos de cada, flujo y oleadas piroclsticas, lapilli acrecional,

lticos andesticos, se encuentra clasificada en nueve unidades estratigrficas de la A hasta G

incluyendo ignimbrita alfa y beta. FUENTE: Del Autor a travs de informacin obtenida de: Aspectos Geolgicos que influyen en las aguas subterrneas y en respuesta ssmica del AMSS, Walter Hernndez (2008), SNET.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

45

Tierra Blanca Joven1 (TBJ).

En los apartados anteriores, hemos podido observar los diferentes estratos que conforman la superficie del

AMSS, pero la mayora de las edificaciones del AMSS se encuentra cimentada en el estrato ms superficial, el

cual ha sido denominado Tierra Blanca Joven (TBJ). Dicho estrato est compuesto por diferentes depsitos

piroclsticos de cada, flujos y oleadas piroclsticas. Adems, se encuentra clasificado en nueve unidades

desde la A hasta G incluyendo ignimbrita alfa y beta. Este tipo de material presenta una cantidad de problemas

en su comportamiento , entre los que se destacan: flujos, deslizamientos de laderas, erosin, exfoliacin,

colapsos, etc. Provocando daos ambientales, sociales y econmicos graves, en el AMSS.

A continuacin se muestra la Tabla No 4, donde se presenta un resumen de las nueve unidades que forma el

estrato de TBJ, destacando, forma de deposicin, materiales que los componen. Las unidades estn

nombradas desde la base hasta el techo.

Figura No 2. Fotografas de unidades que conforman el estrato TBJ; a) Talud ubicado en Quezaltepeque, b), c),

y d) Talud en ro Las Caas, e) Talud ubicado en calle que conduce de Ilopango a Changallo, f)Rio Las Caas.

a

b

c d

1 Se podr encontrar ms informacin sobre las Tierra Blanca Joven (TBJ), W. Hernndez [2004, p.35], Rolo.et.al. ya que estas son las fuentes donde

ha sido extrado este texto.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

46

e f

FUENTE: Tesis Caracterizacin Geotcnica de las tefras tierra Blanca Joven: unidad G en la zona proximal y obras de proteccin, UCA; W.

Hernndez (2004); fotografas proporcionadas por Ing. Alex Chvez.

Caractersticas de Tierra Blanca Joven (TBJ), Unidad G.

Unidad G2: La unidad G est formada por una secuencia compuesta por depsitos piroclsticos de cada

(coignimbritas), flujos piroclsticos de textura fina (ignimbritas) y oleadas piroclsticas surges. Las

coignimbritas son materiales poco consolidados de consistencia suave, producto de la cada por gravedad del

material fino de la nube acompaante que se forma por la elutriacin3 de finos a partir del flujo piroclstico,

estas presentan gran cantidad de lapilli acrecional de tamao mximo de 30 mm (ver Figura No 3.a). El espesor

y tamao de piroclastos decrece conforme aumenta la distancia con respecto al borde calderico de Ilopango.

Este tipo de depsito tiene una textura franca o gran porcentaje de limo y consistencia suave parecidos al talco.

Las ignimbritas de la unidad G presentan textura fina y una estructura con grado de consolidacin mayor que

las coignimbritas, propiedad atribuida a las altas temperatura y al efecto de enfriamiento en que se han

depositado los flujos. Se caracterizan por un nivel textural heterognea, matriz de suelo fino (cenizas),

fragmentos de lticos angulares de 1 cm y abundante pmez vesicular de tamao mximo de 15 cm. El tamao

del pmez aumentan hacia el techo del estrato debido al efecto de flotacin del mismo en la matriz ms densa y

los lticos tienden a transportarse menos y a concentrarse en la base. Otra caracterstica que presentan es el

grado de consolidacin, el tamao de los lticos y pmez disminuye a medida se alejan del centro de emisin de

los flujos. (Ver Figura No 3.b)

2 La informacin sobre la unidad G de TBJ puede ser obtenida de W. Hernndez (2004) o Tesis Caracterizacin Geotcnica de las tefras tierra Blanca Joven: unidad G en la zona proximal y obras de proteccin, UCA. 3 Elutriacin: La separacin de partculas segn su tamao o la densidad por la velocidad de una corriente de agua controlada


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

47

Tabla No 4 Resumen de unidades que conforman el estrato TBJ (Ver fotografas en Figura No 2)

Tipo Unidad Deposicin Caracterstica de Materiales

Unidad A Deposito de Cada Deposito fino, granular, color caf, compuesto por abundantes pmez y lticos.

Unidad B Deposito de Cada Cenizas gruesas basales y lapilli de cada en el techo, color amarillento.

Unidad C Deposito de flujos y oleadas

piroclsticos

Ignimbritas color gris en base, rico en lticos andesticos, ignimbritas de color amarillento y rico en

lticos hidrotermalizados, fragmentos de pmez. Presenta granulometra gruesa

Unidad D Deposito de Cada Ceniza de grano fino, fragmentos de lticos angulares, pmez en forma dispersa, alto contenido de

lapilli acrecional, suelo poco consolidado (coignimbritas).

Unidad ignimbrita Alfa Deposito de flujos piroclsticos Ignimbrita masiva color rosado tenue y beige en techo, matriz rica en cenizas finas, pmez y pocos

lticos, cementada en la base.

Unidad E Depsitos de cada Depsitos secos color claro compuestos por ceniza gruesa con lapilli, fino pumtico y lticos

andesticos, depsitos hmedos con ceniza muy fina, bien seleccionada, color caf claro,

consolidados, ricos en fragmentas vtricos y cristales

Subunidad beta (Ignimbrita beta) Deposito de flujos piroclsticos Ignimbritas de color caf y caf claro, muy compacto, matriz fina con pmez y lticos en moderada

presencia.

Unidad F Deposito de flujos piroclsticos Matriz de ceniza gruesa con abundantes fragmentos de pmez y lticos.

Unidad G Depsitos de cada, flujos y oleadas

piroclsticos

Coignimbritas poco consolidadas con material fino y gran cantidad lapilli acrecional. Ignimbritas

consolidada.

FUENTE: Del Autor apoyndose de: W. Hernndez (2004).


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

48

Los depsitos de oleadas piroclsticas (surges) son un estrato delgado con un alto grado de

consolidacin de color caf claro, que muestran evidencia de haber sido hmedas y viscosas cuando

fueron depositadas, dicho depsito surgen como consecuencia de la inclusin de aire fro en los flujos

piroclsticos produciendo pequeas explosiones que se depositan abajo de los flujos piroclsticos, estn

compuesto por material fino. Los espesores en la zona proximal son de aproximadamente 5 cm y van

desapareciendo paulatinamente a medida se alejan de la caldera de Ilopango.

Figura No 3. Fotografias de Tierra Blanca Joven; unidad G a) Coignimbritas b) Ignimbrita

(a) (b)

FUENTE: Tesis Caracterizacin Geotcnica de las tefras tierra Blanca Joven: unidad G en la zona proximal y obras de

proteccin, UCA.

COMPORTAMIENTO DE LAS TIERRAS BLANCAS ANTE FACTORES FSICOS (PROBLEMTICA).

Los depsitos de TBJ presentan problemas debido a eventos tales como: Sismos, lluvias, vientos,

temperatura, procesos antrpicos, ruptura de tuberas y la erosin, etc. Entre algunos de los problemas

que estos suelos presentan podemos mencionar: flujos (entre los ms importantes) de todas magnitudes,

erosin, mecanismos de rupturas como exfoliacin y tipo ventana, etc. A continuacin veremos cada uno

de estos problemas con ms detalle.

Flujos4 [Jiri, 2007]

Es un movimiento de ladera muy rpido. En determinada condiciones puede ser provocado por temblores

ssmicos, por lo general es el resultado de la saturacin de la roca o suelo de agua durante las fuertes

lluvias; cuando la masa est saturada totalmente por agua, el peso aumenta y la adhesin entre

partculas disminuye. Debido a la gravedad, la masa pierde su consistencia, se separa y se mueve en

una trayectoria como un flujo muy rpido bajando por la ladera inclinada; las trayectorias que

4 Informacin obtenida de: Geomorfologa del AMSS y su relacin con movimientos de ladera, Jiri Sebesta, OPAMSS


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

49

normalmente usan son: los lechos de los ros o quebradas donde obtienen ms agua y su capacidad es

enorme para arrastrar aluviones incluyendo bloque de rocas grandes. Los aluviones de los flujos que

pierden la energa se acumulan en el pie de la ladera en conos aluviales. Comnmente los flujos se

inician como desplazamiento y cambian su composicin a torrente de roca o suelo fangoso.

Los flujos son ms peligrosos e importantes debido a la alta velocidad y que su impacto llega lejos de su

lugar de origen. Generalmente el tamao de los flujos de escombro es pequeo, la mayora de los flujos

de escombros son flowage. (Ver Figura No. 4)

Figura No. 4. Fotografa de flujos: (derecha) flujo superficial a 4 km al norte de la Caldera de Ilopango,

(izquierda) flujo en laderas cercanas a margen oeste de Caldera de Ilopango.

FUENTE: Revista Geolgica de Amrica Central, 47: 117-132,2012, Problemtica y conocimiento actual las tefras Tierra Blanca

Joven en el rea Metropolitana de San Salvador, Autores: Jos A. Chvez /Walter Hernndez /Lubomir Kopecky

Erosin.

La erosin se define como un proceso de arrastre del suelo por accin del agua o del viento; o como un

proceso de desprendimiento y arrastre acelerado de las partculas de suelo causado por el agua y el

viento [Surez, 1980].

La escorrenta superficial y subterrnea es uno de los agentes ms relevante en la generacin de erosin

(formada debido a lluvias), la cual puede ser de diferentes tipos: Erosin retrograda (se da en las

cabeceras de los drenajes debido al aumento de la pendiente o si hay un cambio en la relacin carga-

caudal, acelerndose la corriente, resultando que la erosin se propague progresivamente hacia aguas

arriba), erosin planar del suelo (es un proceso que impacta las laderas sin vegetacin y muy

frecuentemente inicia los flujos de tipo "flowage), erosin subterrnea (el mecanismo de esta erosin es

cuando el agua que se infiltra en el suelo o en el sedimento, disuelve lentamente pero permanente los

minerales solubles o se llevan las partculas ms finas del sedimento afuera del escarpe y produce las

cavernas pequeas y despus ms grandes en el suelo. El resultado de ste proceso es la degradacin


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

50

de la superficie, el colapso o la erosin superficial, erosin vertical (profundiza los lechos de caones y

las quebradas), erosin lateral ampla las quebradas y caones. Muchas paredes de las quebradas y

caones se derrumban por la erosin lateral de la corriente del ro. En la Figura No.5 se pueden observar

algunos ejemplos de diferentes tipos de erosin.

Figura No. 5. Tipos de Erosion en tierras blancas: a) erosin retrograda, b) erosin en Surcos, c) erosin

lateral (crcava continua alargada) , d) formacion de crcava, e) erosin en tuneles subperficiales, f)

erosin en surco.

(a) (b)

(c) (d)


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

51

(e) (f)

FUENTE: Fotografas proporcionadas por Ing. Alex Chvez.

Mecanismo de Ruptura

Exfoliacin

Los depsitos de TBJ, presentan un mecanismo de ruptura peculiar, estos se muestran como estructuras

laminares, que se generan paralelas a las caras de los taludes y su formacin depende de una serie de

procesos naturales, como el intemperismo fsico o efecto de temperatura, el cual genera exfoliacin,

produciendo contracciones y expansiones en los estratos, creando as grietas.

Las lluvias es otro de los factores que participan en la formacin de grietas, el agua entra en stas,

produciendo un aumento de la presin de poros, haciendo que se habrn mas y facilitando as el

crecimiento de races dentro de ellas. Las races se desarrollan fcilmente penetrando a lo largo de las

fisuras de los taludes, cuando esas se torna ms gruesas producen un presin lateral en el interior de las

discontinuidades, siendo la porcin ms externa la que separa del talud, y facultando la infiltracin del

agua. En la Figura No.6 se puede observa ste tipo de mecanismo de falla.

Figura No .6. Mecanismo de ruptura por exfoliacin de Talud ubicado en Bosques de la Paz.

FUENTE: Por el Autor, fotografas tomadas en Bosques de la Paz [2012], fotgrafo: Oscar Ayala.


CIMENTACIONES

Lesly E. Mendoza

52

Tipo ventana.

Tambin se observa otro tipo de mecanismo de ruptura, aunque con menor frecuencia que el descrito

anteriormente, este se presenta en la parte superior de los taludes, generalmente en la unidad G, en

forma de bloque (tipo ventana), este tambin se le puede atribuir a los procesos naturales como los

cambios de temperatura, la lluvia, los movimientos ssmicos, etc. En la Figura No. 7 podemos ver un

ejemplo de este mecanismo de ruptura.

Figura No.7. Mecanismo de ruptura tipo ventana en un talud ubicado frente a la colonia Altos del

Boulevard, San Salvador [Julio 2009].

FUENTE: Tesis Caracterizacin Geotcnica de las tefras tierra Blanca Joven: unidad G en la zona

proximal y obras de proteccin, UCA.

estabilidad de taludes capitulo viii (reparado)

Documents