luis rosales -estabilidad de taludes

8/10/2019 Luis Rosales -Estabilidad de Taludes

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Facultad de Ingeniería

Docente: Ing. Miguel Ángel López Lozano

Asignatura: Mecánica de suelos

Tema: Estabilidad de Taludes

Ciclo: IV

Alumno: Luis Manuel Rosales Paredes



ESTABILIDAD DE

TALUDES



ESTABILIDAD DE TALUDESDEFINICION DE TALUDES

Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la

horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructurasde tierra. No hay duda que el talud constituye una estructuracompleja de analizar debido a que en su estudio coinciden losproblemas de mecánica de suelos y de mecánica de rocas, sinolvidar el papel básico que la geología aplicada desempeña en laformulación de cualquier criterio aceptable.



ESTABILIDAD DE TALUDESDEFINICIÓN DE ESTABILIDAD

Se entiende por estabilidad a la seguridad de una masa de

tierra contra la falla o movimiento. Como primera medida esnecesario definir criterios de estabilidad de taludes,entendiéndose por tales algo tan simple como el poder deciren un instante dado cuál será la inclinación apropiada en uncorte o en un terraplén; casi siempre la más apropiada será la

más escarpada que se sostenga el tiempo necesario sin caerse.Este es el centro del problema y la razón de estudio.



ESTABILIDAD DE TALUDESCONCEPTO

LA ESTABILIDAD DE TALUDES es la teoría que estudia la

estabilidad o posible inestabilidad de un talud a la hora derealizar un proyecto, o llevar a cabo una obra de construcciónde ingeniería civil, siendo un aspecto directamenterelacionado con la geotecnia. La inestabilidad de un talud, sepuede producir por un desnivel, que tiene lugar por diversas

razones



FACTORES QUE INTERBIENEN ENLA INESTABILIDAD DE TALUDES

Efecto de la resistencia del suelo

• El suelo tiene dos comportamientos básicos ante la

aplicación del esfuerzo cortante. Uno, a través de la fricciónintergranular de las partículas que lo conforman y la otrapor medio de fuerzas que unen a las partículas entre sí. Laprimera se llama también condición drenada o a largo plazo

y la segunda, condición no drenada o a corto plazo.



Pluviosidad

• La pluviosidad tiene un efecto primordial en la estabilidadde taludes ya que influencia la forma, incidencia y magnitudde los deslizamientos. En los suelos residuales, generalmentesaturados, el efecto acumulativo puede llegar a saturar elterreno y activar un deslizamiento.

• Con respecto a la pluviosidad hay tres aspectos importantes:

• El ciclo climático en un periodo de años, por ejemplo, altaprecipitación anual versus baja precipitación anual;

• La acumulación de pluviosidad en un año determinado enrelación con la acumulación normal;

• Intensidad de una tormenta especifica.



Erosión

• La erosión puede ser causada por agentes naturales y humanos.Entre los agentes naturales se pueden incluir el agua deescorrentía, en aguas subterráneas, olas, corrientes y viento. Laerosión por agentes humanos incluye cualquier actividad quepermita un incremento de la velocidad del agua, especialmente en

taludes sin protección, como la tala de árboles u otro tipo devegetación que ayuda a fijar el suelo y mejorar la estabilidad deltalud.

• La erosión puede causar la perdida de fundación de estructuras,pavimentos, rellenos y otras obras de ingeniería. En terrenos

montañosos, incrementa la incidencia de taludes inestables ypuede resultar en la perdida de vías u otras estructuras.



Licuefacción debido a acciones sísmicas

• La mayoría de las fallas de los taludes durante sismos sedebe al fenómeno de licuefacción en suelos no cohesivos, sinembargo también se han observado fallas en sueloscohesivos durante algunos eventos sísmicos de gran

magnitud.• La licuefacción es un fenómeno que consiste en una caída

brusca de resistencia al corte de un suelo granular encondiciones no drenadas ,la cual puede ser activada por larepetida aplicación de pequeños incrementos o decrementos

de esfuerzos de corte incluidos por vibraciones del terrenoasociadas con terremotos o explosiones.



• Los fenómenos de licuefacción se han observado

generalmente en depósitos aluviales recientes compuestospor granulares, como los que se encuentran típicamente enlos deltas o zonas de inundación de ríos y lagos.

• Los parámetros más relevantes en la evaluación delpotencial de licuefacción son:

• 1. la granulometría (tamaño, gradación y forma de granos);

• 2. la densidad relativa del depósito.

• Estas características son determinadas por el método dedeposición, la edad geológica y la historia de esfuerzos deldepósito.



OTRAS POSIBLES RAZONES

• Razones geológicas: laderas posiblemente inestables,orografía acusada, estratificación, meteorización, etc.

•Variación del nivel freático: situaciones estacionales, u obrasrealizadas por el hombre.

• Obras de ingeniería: rellenos o excavaciones tanto de obracivil, como de minería.

•

Los taludes además serán estables dependiendo de laresistencia del material del que estén compuestos, losempujes a los que son sometidos o las discontinuidades quepresenten. Los taludes pueden ser de roca o de tierras.Ambos tienden a estudiarse de forma distinta.



•CL SIFIC CION DE F LL S



TIPO DE FALLA FORMA DEFINICION

Desprendimientos

Caída libre

Volcadura

Desprendimiento repentino de uno omás bloques de suelo o roca que

descienden en caída libre.

Caída de un bloque de roca con respecto a un pivote ubicado debajo de sucentro de gravedad.

Derrumbes

Planar

Rotacional

Desparramamiento lateral

Deslizamientos de

escombros

Movimiento lento o rápido de un bloque de suelo o roca a lo largo de unasuperficie de área plana.Movimiento relativamente lento de una masa de suelo, roca o combinación de

los dos a lo largo de una superficie curva de falla bien definida.

Movimiento de diferentes bloques de suelo con desplazamientos distintos.

Mezcla de suelo y pedazos de roca moviéndose a lo largo de una superficie deroca planar.

Avalanchas

De roca o escombros Movimiento rápido de una masa incoherente de escombros de roca o suelo-roca donde no se distingue la estructura original del material.

Flujo De escombros Suelo o suelo-roca moviéndose como un flujo viscoso, desplazándoseusualmente hasta distancias mucho mayores de la falla. Usualmenteoriginado por exceso de presión s de poros.

Repteo

Movimiento lento e imperceptible talud debajo de una masa de suelo osuelo-roca



Desprendimientos o desplomes

• Son fallas repentinas de taludes verticales o casi verticales queproducen el desprendimiento de un bloque o múltiplesbloques que descienden en caída libre. La volcadura de losbloques generalmente desencadena un desprendimiento.

• En suelos, los desprendimientos son causados por socavaciónde taludes debido a la acción del hombre o erosión dequebradas. En macizos rocosos son causados por socavacióndebido a la erosión. En algunos casos los desprendimientos

son el resultado de meteorización diferencial.• Los desprendimientos o caídas son relevantes desde el punto

de vista de la ingeniería porque la caída de uno o variosbloques puede ocasionar daños a estructuras o a otros taludesque se encuentran en la parte inferior y podría originar unadestrucción masiva.



• Los desprendimientos se producen comúnmente en taludesverticales o casi verticales en suelos débiles o moderadamente

fuertes y masivos rocosos fracturados. Generalmente, antesde la falla ocurre un desplazamiento, el cual puede seridentificado por la presencia de grietas de tensión.



• Además son movimientos que afectan a una gran cantidad demasa de terreno. Un tipo particular de corrimiento de tierra

son los deslizamientos, que se producen cuando una granmasa de terreno o zona inestable, desliza con respecto a unazona estable, a través de una superficie o franja de terreno depequeño espesor. Los deslizamientos se producen cuando enla franja se alcanza la tensión tangencial máxima en todossus puntos. Estos tipos de corrimiento son ingenierilmenteevitables



DERRUMBES

• Los derrumbes se encuentran asociados a fallas de suelos yrocas, y de acuerdo con la forma de la superficie de falla se

subdividen en planares y rotacionales .• Derrumbes planares• Los derrumbes planares consisten en el movimiento de un

bloque (o bloques) de suelo o roca a lo largo de unasuperficie de falla plana bien definida. Estos derrumbes

pueden ocurrir lenta o rápidamente.• Los deslizamientos planares en macizos rocosos consisten en

el deslizamiento como una unidad o unidades (bloque) taludabajo, a lo largo de una o más superficies planas (



Los deslizamientos planares pueden ocurrir en:

Rocas sedimentarias que tengan un buzamiento similar o menor ala inclinación de la cara del talud.

Discontinuidades, tales como fallas, foliaciones o diaclasas queforman largos y continuos planos de debilidad que interceptan lasuperficie del talud.

Intersección de diaclasas o discontinuidades que dan como

resultado la falla de un bloque en forma de cuña.En general durante los periodos iniciales de falla se generan

grietas de tracción con un pequeño desplazamiento, luego sepueden observar escarpes frescos que dejan los bloques conposterioridad al movimiento. En algunos casos este

movimiento deja sin vegetación a la zona deslizada y losescombros quedan expuestos al pie del talud.



Derrumbes rotacionales

• Los derrumbes rotacionales tienden al ocurrirlentamente en forma de cuchara y el materialcomienza a fallar por rotación alrededor de lasuperficie cilíndrica; aparecen grietas en lacresta del área inestable y abombamiento delpie de la masa deslizante (fig. 05). Al finalizar

la masa se desplaza sustancialmente y deja unescarpe en la cresta.



Deslizamientos de escombros

•

En los deslizamientos de escombros, una masa de suelo omezcla de suelo y fragmentos de roca se mueven como unaunidad a lo largo de superficies planas con alta inclinación.Estos deslizamientos ocurren de manera progresiva ypueden convertirse en avalanchas o flujos. Las principales

causas de deslizamientos de escombros son el incremento delas fuerzas de las fuerzas de filtración y la inclinación deltalud. La ocurrencia de este tipo de deslizamiento es comúnen suelos residuales y depósitos coluviales que reposan sobreuna superficie de roca.



valanchas

•

Las avalanchas son el movimiento rápido de escombros, desuelo o roca y puede o no comenzar con la ruptura a lolargo de una superficie de falla. Toda la vegetación, el suelo

y la roca suelta pueden ser arrastrados.

• Las principales causas de avalanchas son las altas fuerzas de

filtración, alta pluviosidad, derretimiento de nieve, sismos odeslizamiento gradual de los estratos de roca. Lasavalanchas ocurren de manera busca sin previo aviso y

generalmente son impredecibles. Los efectos pueden serdesastrosos y pueden sepultar extensas áreas al pie del talud.

• Las avalanchas son características de zonas montañosas conpendientes muy inclinadas en suelos residuales donde latopografía causa concentración de la escorrentía. Tambiénse puede presentar en zonas de roca muy fracturada.



Repteo •

El repteo consiste en un lento en imperceptible movimientoo deformación del material de un talud frente a bajos nivelesde esfuerzos que generalmente afectan a las porciones mássuperficiales del talud, aunque también puede afectar aporciones profundas cuando existe un estrato pocoresistente. El repteo es el resultado de la acción de fuerzas de

filtración o gravitacionales y es un indicador de condicionesfavorables para el deslizamiento.

• El repteo es característico en materiales cohesivos y rocasblandas como lutitas y sales, en taludes moderadamenteempinados.

• Los rasgos característicos de repteo son la presencia decrestas paralelas y transversales a la máxima pendiente deltalud y postes de cerca inclinados.

• .



ANALISIS EN LA ESTABILIDADDE TALUDES CON

DESLIZAMIENTO PLANAR

F CTOR DE SEGURID D

La tarea del ingeniero encargado de analizar la estabilidad de untalud es determinar el

factor de seguridad. En general, el factor de seguridad se definecomo

Dónde:FSs = factor de seguridad con respecto a la resistenciaτ f = resistencia cortante promedio del sueloτ d = esfuerzo cortante promedio desarrollado a lo largo de la

superficie potencial de falla.



La resistencia cortante de un suelo consta de doscomponentes, la cohesi6n y la fricción, y se expresa como

Dónde:

c = cohesi6n

ø = Angulo de fricción drenada

σ' = esfuerzo normal efectivo sobre la superficie potencial defalla.

De manera similar tenemos:

Donde Cd Y ¢d son, respectivamente, la cohesi6n efectiva Y elángulo de fricción que se desarrolla a lo largo de la superficiepotencial de falla.



ESTABILIDAD DE TALUDESINFINITOS SIN INFILTRACION

• La resistencia al cortante del suelo se da por:

Evaluaremos el factor de seguridad contra una posible falladel talud a 10 largo de un plano AB a una profundidad H pordebajo de la superficie del terreno. La falla del talud ocurrepor el movimiento del suelo arriba del plano AB de derecha aizquierda.



• Se utilizan las siguientes formulas:

• Para suelos granulares, C = 0, y el factor de seguridad, FSs, resultaigual a (tan∅)/(tan ().

• Esto indica que, en un talud infinito de arena, el valor de FSs esindependiente de la altura H y que el talud es estable siempreque <∅ angulo cP para suelos sin cohesi6n se llama

• ángulo de reposo.

• Si un suelo posee cohesi6n y fricci6n, la profundidad del plano alo largo del cual ocurre el equilibrio crítico se determinasustituyendo FSs = 1 Y H = Hcr en la ecuación:



Análisis de estabilidad por el método de

Culmann.

Este análisis se basa en la hip6tesis de que la falla de un taludocurre a 10 largo de un plano cuando el esfuerzo cortante

promedio que tiende a causar el deslizamiento es mayor quela resistencia cortante del suelo. Además, el plano más críticoes aquel que tiene una raz6n mínima entre el esfuerzocortante promedio que tiende a causar la falla y la resistenciacortante del suelo.



Se utilizan las siguientes formulas:

La altura máxima del talud para la cual

ocurre el equilibrio critico se obtiene

sustituyendo

Cd = C Y ∅ = ∅ quedando:



MÉTODOS PARA ESTABILIZAR TALUDES

Tan pronto como se comprueba que hay un riesgo deinestabilidad en un determinado talud, se debe buscar lamejor solución y considerar aspectos de costo, naturaleza delas obras afectadas (tanto en la cresta como al pie del talud),

tiempo estimado en el que se puede presentar el problema,disponibilidad de los materiales de construcción, etc.

Existen tres grandes grupos de soluciones para logras laestabilidad de un talud:

• Aumentar la resistencia del suelo:son las soluciones queaplican drenaje en el suelo para bajar el nivel freático o la

inyección de substancias que aumentan la resistencia delsuelo, tales como el cemento u otro conglomerante.



• Disminuir los actuales esfuerzos en el talud: soluciones talescomo el cambio de la geometría del talud mediante el corteparcial o total de éste a un ángulo menor o la remoción de lacresta para disminuir su altura.

• Aumentar los esfuerzos de confinamiento del talud: se puedelograr la estabilización de un talud mediante obras, como

los muros de gravedad, las pantallas atirantadas o lasbermas hechas del mismo suelo.



CAMBIO DE LA GEOMETRÍA

• El cambio de la geometría de un determinado talud puederealizarse mediante soluciones tales como la disminución de lapendiente a un ángulo menor, la disminución de la altura(especialmente en suelos con comportamiento cohesivo) y lacolocación de material en la base o pie del talud (construcción deuna berma) en esta última solución es común utilizar material de

la parte superior del talud.



• La consecuencia directa de realizar un cambio favorable enla geometría de un talud es disminuir los esfuerzos que

causan la inestabilidad y, en el caso de la implantación deuna berma , el aumento de la fuerza resistente. Esimportante destacar que la construcción de una berma alpie de un talud debe tener en cuenta la posibilidad de causarinestabilidad en los taludes que se encuentren debajo,

además, se deben tomar las previsiones para drenar el aguaque pueda almacenarse dentro de la berma, ya que esprobable que pueda haber un aumento de la presión de losporos en los sectores inferiores de la superficie de falla, loque acrecienta la inestabilidad.



REN JE

La presencia de agua es el principal factor de inestabilidad en la gran mayoría de las pendientes de suelo o de roca con mediano o

alto grado de meteorización. Por lo tanto se han establecido diversostipos de drenaje con diferentes objetivos. Los tipos de drenaje másutilizados son:

• Drenajes sub horizontales: son métodos efectivos para mejorar laestabilidad de taludes inestables o fallados. Consiste en tubos de

5cm o más de diámetro, perforados o cubiertos por un filtro queimpide su taponamiento por arrastre de finos. Se instalan con unapequeña pendiente hacia el pie del talud, penetran la zonafreática y permiten el flujo por gravedad del agua almacenadapor encima de la superficie de falla. El espaciamiento de estos

drenajes depende del material que se esté tratando de drenar ypuede variar desde tres a ocho metros en el caso de arcillas ylimos, hasta más de 15 metros en los casos de arenas máspermeables.



• Drenajes verticales: se utilizan cuando existe un estratoimpermeable que contiene agua emperchada por encima deun material más permeable con drenaje libre y con unapresión hidrostática menor. Los drenajes se instalan demanera que atraviesen completamente el estratoimpermeable y conduzcan el agua mediante gravedad, pordentro de ellos, hasta el estrato más permeable, lo quealiviará el exceso de presión de los poros a través de suestructura.

• Drenajes transversales o interceptores: se colocan en lasuperficie del talud para evitar el paso hacia su estructura

(grietas de tensión), el pie del talud para recolectar aguasprovenientes de otros drenajes y a diferentes alturas delmismo.



• Drenajes de contrafuerte: consiste en la apertura de zanjasverticales de 30 a 60 cm de ancho en la dirección de lapendiente del talud para rellenarlas con material granularaltamente permeable y con un alto ángulo de fricción(>35°). La profundidad alcanzada deberá ser mayor que laprofundidad a la que se encuentra la superficie de falla paralograr el aumento de la resistencia del suelo no solo debidoal aumento de los esfuerzos efectivos gracias al drenaje delagua que los reducía, sino también al aumento del materialde alta resistencia incluido dentro de las zanjas.

• Esta solución puede ser útil y de bajo costo en el caso de

taludes hechos con materiales de baja resistencia, tales comoarcillas y limos blandos o con presencia de materia orgánicaen descomposición que tengan entre tres y ocho metros dealtura y superficies de fila que no pasen de los cuatrometros.



SOLUCIONES ESTRUCTURALES

• Este tipo de soluciones generalmente se usa cuando haylimitaciones de espacio o cuando resulta imposible contenerun deslizamiento con uno de los métodos anteriores. El

objetivo principal de las estructuras de retención esincrementar las fuerzas resistentes de forma activa (pesopropio de la estructura, inclusión de tirantes, etc.) y deforma pasiva al oponer resistencia ane el movimiento de lamasa del suelo.

• Entre las soluciones estructurales más usadas se encuentranlas siguientes:



• Muros de gravedad y en cantiléver: la estabilidad de un muro de gravedad se debe a su peso propio y a la resistencia pasiva que se genera en la parte frontal del mismo. Las soluciones de este tipo sonantieconómicas porque el material de construcción se usa

solamente por su peso muerto, en cambio los muros en cantiléverhechos de concreto armado, son más económicos porque son delmismo material del relleno, el que aporta la mayor parte del pesomuerto requerido.

• Se debe tener en cuenta que al poner una estructura con un

material de baja permeabilidad, como el concreto, al frente de untalud de suelo que almacene agua en su estructura, es muyprobable que aumente la presión hidrostática en la parte posteriordel muro. Para evitar este problema se debe colocar drenajes sub-horizontales a diferentes a diferentes alturas del mismo con elobjetivo de disipar el exceso de presión



• Un tipo de muro que ayuda en este aspecto, es el muro degavión que al no tener ningún agente cohesionaste más quela malla que une los gaviones, permite el paso de agua através de los mismos. Estos muros además de sercomparativamente económicos, tienen la ventaja de tolerargrandes deformaciones sin perder resistencia.



• Pantallas: consisten en una malla metálica sobre la cual seproyecta concreto (shotcrete) recubriendo toda la cara del

talud. Es común “atirantar” esta corteza de concreto armadomediante anclajes que atraviesan completamente lasuperficie de falla para posteriormente ser tensados y ejercerun empuje activo en dirección opuesta el movimiento de lamasa del suelo. La figura muestra el corte típico de una

pantalla atirantada.

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