Centro Integral del Transporte de Metro de Madrid (CIT). Premio COAM 2023
Movimiento de masas y estabilidad de taludes naturales
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MOVIMIENTO DE MASA Y ESTABILIDAD DE TALUDES NATURALES
MOVIMIENTO DE MASA Y ESTABILIDAD
DE TALUDES NATURALES
I. MOVIMIENTOS DE MASA:
Los movimientos de masa abarcan un conjunto de fenómenos que incluyen, entre
otros, flujos de rocas, de partículas de suelo (detritos), deslizamientos,
hundimientos del terreno, caída de rocas y avalanchas de nieve o rocas.
El principio básico y elemental que rige el proceso de generación de los
movimientos en masa es que, por acción de la gravedad, todo lo que está arriba
puede bajar. En dicho proceso influyen otras variables naturales:
Propiedades del terreno: el tipo de roca o suelo, la forma del paisaje
(cañones, valles, planicies), la pendiente del terreno y su contenido de agua.
Agua: detonador que actúa como lubricante en zonas por donde se filtra,
como agente que aumenta la presión y como agente de arrastre superficial de
partículas.
Vibraciones del terreno: causadas por terremotos.
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MOVIMIENTO DE MASA Y ESTABILIDAD DE TALUDES NATURALES
La intensidad, frecuencia y ocurrencia de los movimientos en masa están
influenciadas por la intervención antrópica de los terrenos, lo que los convierte en
un fenómeno socionatural. Las acciones antrópicas que inducen los movimientos
en masa incluyen: cortes para la construcción de carreteras, terraceos
(aplanamiento de laderas) para urbanizaciones, instalación de redes de
infraestructura, infiltraciones de agua por fugas en los sistemas de acueducto y
alcantarillado, ausencia o insuficiencia de sistemas de recolección de aguas
lluvias, deforestación y minería subterránea y a cielo abierto.
Los tipos de movimientos que ocurren con mayor frecuencia y que causan mayor
cantidad de pérdidas socioeconómicas son los deslizamientos y los flujos de
detritos. En los primeros hay un movimiento de ladera hacia abajo de una masa de
suelo o roca, cuyo desplazamiento ocurre predominantemente a lo largo de una
superficie de falla o debilidad. Los segundos son flujos rápidos de partículas de
suelo (detritos) saturados de agua, que escurren a lo largo de una superficie
confinada como un canal o cauce empinado. Se distinguen porque el agua del
cauce o canal se incorpora al flujo e incrementa su contenido de agua1
.
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(Hungr y otros, 2001 en PMA: GCA, 2007)
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LOS DESLIZAMIENTOS:
Son desplazamientos de masas de tierra o rocas por una pendiente en forma súbita o
lenta. El deslizamiento o derrumbe, es un fenómeno de la naturaleza que se define
como “el movimiento pendiente abajo, lento o súbito de una ladera, formado por
materiales naturales - roca- suelo, vegetación o bien de rellenos artificiales”. Los
deslizamientos o derrumbes se presentan sobre todo en la época lluviosa o durante
períodos de actividad sísmica.
Existen dos tipos de deslizamientos o derrumbes.
1. Deslizamientos lentos.- Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tan
lento que no se percibe. Este tipo de deslizamiento genera unos pocos centímetros
de material al año. Se identifican por medio de una serie de características
marcadas en el terreno.
2. Deslizamientos rápidos.- Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tal
que la caída de todo el material puede darse en pocos minutos o segundos. Son
frecuentes durante las épocas de lluvias o actividades sísmicas intensas. Como
son difíciles de identificar, ocasionan importantes pérdidas materiales y personales.
¿Por qué ocurren?
Depende de las siguientes variables: Clase de rocas y
suelos; Topografía (lugares montañosos con pendientes
fuertes); Cantidad de lluvia en el área; Actividad sísmica;
Actividad humana (cortes en ladera, falta de canalización
de aguas, etc.); Erosión (por actividad humana y de la
naturaleza). Los deslizamientos o movimientos de masa
no son iguales en todos los casos.
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¿Cuándo hay mayor peligro de deslizamientos?
Sólo con estudios específicos se puede determinar la potencialidad por deslizamiento
de una zona determinada y establecer las medidas que deben tomarse para evitar o
reducir que el fenómeno ocurra. Sin embargo sabemos que en las temporadas de
lluvias el peligro aumenta.
HUNDIMIENTO DE SUELOS
Un hundimiento de suelo es un movimiento de la superficie terrestre en el que
predomina el sentido vertical descendente y que tiene lugar en áreas inclinadas o de
muy baja pendiente.
Este movimiento puede ser inducido por distintas causas y se puede desarrollar con
velocidades muy rápidas o muy lentas según sea el mecanismo que da lugar a tal
inestabilidad. Si el movimiento vertical es lento o muy lento (metros ó centímetros /
año) y afecta a una superficie amplia (km2) con frecuencia se habla de subsidencia. Si
el movimiento es muy rápido (m/s) se suele hablar de colapso.
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Las causas del hundimiento pueden ser:
La respuesta de los materiales geológicos ante los esfuerzos tectónicos.
Las variaciones en el nivel freático o en el estado de humedad del suelo, por
ejemplo como consecuencia de la explotación de acuíferos.
La actividad minera subterránea, por ejemplo tras el abandono de galerías
subterráneas.
Por su parte, las causas de los colapsos implican el fallo de la estructura geológica
que sostiene una porción del terreno bajo el cual existe una cavidad, lo que puede
venir motivado por la disolución de las rocas hasta el límite de la resistencia de los
materiales o el vaciado de acuíferos o en general el debilitamiento por meteorización
física o química de una estructura que alberga una cavidad. El aprovechamiento de los
recursos naturales (actividad minera, explotación de acuíferos) también puede inducir
colapsos.
Los hundimientos son comunes en donde la roca que existe debajo de la superficie es
piedra caliza, roca de carbonato, tiene capas de sal o son rocas que pueden ser
disueltas naturalmente por la misma circulación del agua subterránea. Al disolverse la
roca, se forman espacios y cavernas subterráneas.
La apariencia de los hundimientos es impresionante porque la tierra se mantiene
usualmente intacta por cierto tiempo hasta que los espacios adentro de la tierra
subterránea se hacen demasiado grandes para seguir dando suficiente apoyo a la
tierra de la superficie. Si no se cuenta con suficiente apoyo para la tierra que se
encuentra sobre los espacios y cavernas subterráneas, entonces puede ocurrir un
colapso súbito en la tierra.
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LOS DERRUMBES:
Son los problemas que presenta la inestabilidad de las laderas de las montañas, son
uno de los peligros naturales más destructivos del planeta.
Los derrumbes, deslizamientos, flujos, reblandecimiento de terrenos y movimientos
complejos ocurren día a día en cualquier parte del mundo de tal forma que cada año
las víctimas y los daños materiales son incalculables. Este tipo de eventos puede
originarse, por terremotos, lluvias intensas, descongelación de la nieve, pero el
principal riesgo son los asentamientos humanos sobre minas de arena, en las laderas
de las montañas que presentan diferentes grados de inclinación o por vivir al pie de
ellas. Los mecanismos básicos de inestabilidad del terreno son: los caídos o
derrumbes, los flujos, deslizamientos y las expansiones o desplazamientos laterales
de los terrenos. Los caídos o derrumbes, son movimientos repentinos de suelos y
fragmentos aislados de rocas que se originan en pendientes abruptas o acantiladas,
por lo que el movimiento es de caída libre, rodando y rebotando y suelen presentarse
mayormente en las carreteras.
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DESPRENDIMIENTOS DE ROCAS:
El desprendimiento de rocas que se caracteriza por la caída libre de rocas desde un
acantilado. Estas generalmente se acumulan en la base del acantilado formando una
pendiente, lo que impone una amenaza adicional.
El desprendimiento de rocas obviamente constituye un peligro para los seres humanos
y la propiedad, pero en general, impone una amenaza localizada dada su limitada área
de influencia.
ALUVION: Un aluvión se define como un río de barro originado tras una fuerte lluvias
o deshielo que ocasionan inundaciones, o también como resultado de un terremoto o
erupción volcánica. Arrastra consigo limo, arena, rocas, entre otras cosas. Puede
viajar, sin aviso, varios kilómetros desde su origen y a una gran velocidad. En su
recorrido puede aumentar de tamaño a medida que arrastra árboles, basura, e incluso
vehículos. Uno de los grandes problemas que presentan los aluviones es que no se
pueden predecir, se desatan sin aviso. Por lo tanto es importante tomar ciertas
precauciones en caso de que un aluvión se presente. Los aluviones siempre se
originan en los mismos lugares, por lo tanto aquellos lugares deben tener planes de
evacuación que al menos tenga dos rutas de escape.
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La vegetación debe ser plantada baja en laderas y es importante construir muros de
retención. También podría ser ventajoso construir canales para dirigir el flujo alrededor
de edificios. Una vez desatado el aluvión, es posible tomar medidas antes que llegue a
la zona, pues se escucha un sutil murmullo que cada vez más comienza a
incrementar; comienza a salir agua en la superficie del suelo; las rejas árboles, postes
se mueven sin cesar; aparecen grietas en las casas; entre otras cosas más. Una vez
tomado conciencia de que el aluvión estalló y en pocos minutos va a llegar a la zona
en cuestión se debe cortar inmediatamente el suministro de gas, luz y agua.
HUAYCOS:
El Huayco conocido también como “lloclla” o
aluvión, es una corriente o flujos muy
rápidos de aguas turbias, lodo, cargados de
piedras, maleza y/o árboles que se
desplazan a lo largo de un cauce definido de
quebradas o riachuelos. Su causa directa
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son las fuertes lluvias o precipitaciones pluviales, que ocurren durante la temporada
lluviosa.
Un río es una corriente de agua continua o perenne, intermitente o no, que
desemboca en el mar, en otro río (afluente), o en un lago (emisor), o se pierde en
el terreno (endorreísmo).
Como modelador de relieve es el agente geológico más importante.
La energía de una corriente es su capacidad para realizar un trabajo que
particularmente consiste en la remoción de fragmentos de rocas, de sedimentos
sueltos y de material en solución.
Cuando una corriente tiene una gran cantidad de energía es un agente de la
erosión; cuando tiene poca energía es agente de depositación y cuando tiene
energía moderada que le permite arrastrar su carga es una corriente graduada.
EROSIÓN:
La erosión hídrica o erosión fluvial es el proceso de sustracción de masa sólida al
suelo o a la roca de la superficie por un flujo de agua.
a) Erosión en lámina
El agua de lluvia al escurrir en forma laminar por la superficie del suelo a través de
las pendientes, arranca una capa fina y uniforme de toda esa superficie como si
fuera una lámina.
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Es la forma más peligrosa de erosión hídrica ya que esta pérdida, al principio es
casi imperceptible sólo será visible con el paso del tiempo cuando se aprecie
erosión en mayor intensidad dando origen a surcos y posteriormente en cárcavas
b) Arranque hidráulico
El agua al presionar contra las grietas de las rocas, comprime el aire que contienen
y rompe a las rocas en grandes bloques. Las márgenes suaves de los cauces son
minadas.
c) Abrasión
Es la acción y efecto de desgastar por fricción. La corriente de agua lleva
partículas y fragmentos, que por así decir, son las herramientas para desgastar las
rocas que encuentra y éstas a su vez son también desgastadas.
d) Corrosión o disolución
La acción disolvente de las aguas depende del tipo de roca por la que atraviesa la
corriente y de las sustancias que contienen en solución. Las Calizas y Dolomías
son susceptibles a la corrosión por aguas cargadas de CO2, que al reaccionar con
ellas forma ácido carbónico que ataca al CaCO3 de las mencionadas rocas
formando bicarbonato de Calcio, que es sumamente inestable y soluble en el agua.
TIPOS DE EROSIÓN:
Fundamentalmente, se reconocen dos tipos de erosión: la erosión natural y la erosión
antrópica o causada por el hombre. A su vez, la erosión natural se subdivide en
erosión pluvial y erosión eólica.
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EROSIÓN NATURAL:
LA EROSIÓN PLUVIAL: Una gota de agua es aproximadamente 1000 veces más
grande que una partícula de suelo. Por lo tanto, la fuerza del impacto de una sola gota
de lluvia es suficiente para dispersar y arrastrar las partículas de suelo que encuentre
a su paso. Así se inicia la erosión pluvial.
Al comienzo de una lluvia, millones de gotitas golpearán el suelo y arrastrarán sus
partículas. Si la lluvia continúa, el agua se juntará sobre la superficie y aumentará la
velocidad con la que escurre; se formará una red de pequeños canales que ,al unirse,
irán formando otros más grandes, que luego se transformarán en surcos, zanjas y,
finalmente, en zanjones muy grandes llamados "cárcavas".
LA EROSIÓN EÓLICA: El viento, al soplar con fuerza, levanta las partículas de suelo
y las moviliza en distintas direcciones. En ocasiones, a través de un proceso lento,
pero persistente, puede llegar a producir concavidades o depresiones que alcanzan
varios metros de diámetro, o a formar dunas de polvo o arena sobre los terrenos
productivos.
LA EROSIÓN ANTRÓPICA O CAUSADA POR EL HOMBRE.
Las prácticas agropecuarias inadecuadas fomentan la erosión. Entre las más
frecuentes, tenemos:
1. La realización de cultivos en cerros o terrenos inclinados, haciendo la labranza en
el mismo sentido de la pendiente.
2. La sobrecarga de un potrero con animales, lo que se traduce en la pérdida de su
capacidad para regenerar hierba o pasto.
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3. La eliminación de vegetación en suelos de aptitud forestal, ya sea por medios
mecánicos químicos o usando el fuego.
4. La ocurrencia reiterada de incendios forestales en un mismo lugar.
Todas estas prácticas crean las condiciones para que el agua y el viento arrastren las
capas fértiles del suelo e incluso provoquen daños a mayor profundidad, por
escurrimiento o infiltración acelerada.
TIPOS DE EROSION EÓLICA
Las dos formas principales de erosión eólica:
1.-deflación.
2.-abrasión.
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II. LOS TALUDES:
DEFINICIÓN:
Se comprende bajo el nombre genérico de talud a cualquier superficie inclinada
respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de
tierra, bien sea en formanatural o como consecuencia de la intervención humana en
una obra de ingeniería. Los taludes se dividen en naturales (laderas) o artificiales
(cortes y terraplenes).
Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se
denomina ladera natural o simplemente ladera. Cuando los taludes son hechos por
el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, según sea el género de su
formación; en el corte, se realiza una excavación en una formación terrea natural,
en tanto que los taludes artificiales son los inclinados de los terraplenes.
TIPOS DE TALUDES:
1. NATURALES: Son formados por la naturaleza a través de la historia geológica.
2. ARTIFICIALES: Necesitan de la intervención del hombre y son ejecutados para
construir: carreteras, represas ferrocarriles, etc. “taludes, cortes, terraplenes.
Cuando se va a construir taludes en presas de enrocamiento o de tierra, es de
gran cuidado el diseño de talud, ya que si la represa falla se las poblaciones aguas
abajo.
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Cabe destacar que, para la geología, un talud es un cúmulo de trozos de roca que
se forma en la cuenca de un valle o en la base de un acantilado. Por lo general
muestran un aspecto cóncavo, orientado hacia arriba.
El talud continental, por último, es la estructura natural submarina que se extiende
desde la llamada plataforma continental hasta una profundidad de unos 2.000
metros o más. Se trata de una zona en declive donde se acumulan sedimentos que
provienen de los continentes.
La pendiente del talud continental suele situarse entre los 5º y los 7º. Se ha
registrado, de todas formas, taludes continentales con más de 50º de inclinación.
MOVIMIENTO DEL CUERPO DEL TALUD
Puede ocurrir en taludes movimientos bruscos que afecten a masas considerables
de suelo, con superficies de falla que penetran profundamente en su cuerpo,
interesando o no al terreno de fundación. Se considera que la superficie de falla se
forma cuando en la zona de su futuro desarrollo actúan esfuerzos cortantes que
sobrepasan la resistencia al corte del material; a consecuencia de ello sobreviene la
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ruptura del mismo, con la formación de una superficie de deslizamiento a lo largo de
la cual se produce la falla.
Estos fenómenos se los denomina “deslizamientos de tierras” y puede estudiarse
dos tipos bien diferenciados.
ESTABILIDAD DE TALUDES NATURALES
La naturaleza y la homogeneidad de los materiales constitutivos son básicos para
plantear y definir el problema de la estabilidad de un talud en cualquiera de sus
múltiples aspectos. El ingeniero, como es en él usual, analiza estos problema
tratando de extraer los suficientes conocimientos de carácter general como para
poder establecer un modelo matemático en el que el analizar la estabilidad sea una
simple cuestión de lápiz y papel y aplicación de tal o cual procedimiento matemático
o secuencia de cálculo algebraico.
Los métodos de cálculo, para definir la estabilidad, establecen un mecanismo
cinemático de falla, extraído naturalmente de la experiencia, con base en el cual se
analizan las fuerzas tendientes a producir el movimiento como fuerzas de gravedad,
filtración, presión de agua, etc.(fuerzas motoras), las cuales se han de comparar por
algún procedimiento con las fuerzas que son capaces de desarrollarse y que
tienden a que el mecanismo de falla no se produzca como resistencia del terreno,
raíces y otras (fuerzas resistentes).
Es decir que la estabilidad se entiende como la seguridad de una masa de tierra
contra la falla o el movimiento. Así todos los métodos de cálculo en boga están
ligados a un mecanismo cinemático de falla específico, por lo que solo serán
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aplicables a aquellos problemas de estabilidad en que la falla sea del tipo que se
considera.
ESTABILIDAD DE TALUDES
La estabilidad de taludes es la teoría que estudia la estabilidad o posible
inestabilidad de un talud a la hora de realizar un proyecto, o llevar a cabo una obra
de construcción de ingeniería civil, siendo un aspecto directamente relacionado con
la geotecnia. La inestabilidad de un talud, se puede producir por un desnivel, que
tiene lugar por diversas razones:
Razones geológicas: laderas posiblemente inestables, orografía acusada,
estratificación, meteorización, etc.
Variación del nivel freático: situaciones estacionales, u obras realizadas por el
hombre.
Obras de ingeniería: rellenos o excavaciones tanto de obra civil, como de minería.
Los taludes además serán estables dependiendo de la resistencia del material del
que estén compuestos, los empujes a los que son sometidos o las
discontinuidades que presenten. Los taludes pueden ser de roca o de tierras.
Ambos tienden a estudiarse de forma distinta.
Reptación: movimiento muy lento que se da en capas superiores de laderas
arcillosas, de en torno a 50 centímetros de espesor. Está relacionado con procesos
de variación de humedad estacionales. Se manifiestan en forma de pequeñas
ondulaciones, y suelen ser signo de una posible futura inestabilidad generalizada.
Desprendimientos o desplomes.
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Desprendimientos o desplomes son movimientos de inestabilidad producidos por
falta de apoyo, englobando a una escasa cantidad de terreno. Suele tratarse de
rocas que caen por una ladera, debido a la pérdida del apoyo que las sustentaba.
Entre los desprendimientos o desplomes, se puede incluir el caso del desplome de
una columna rocosa en un acantilado, debido a la erosión en la base del mismo,
pueden ser ocasionados por la naturaleza o por la humanidad.
Corrimientos:
Son movimientos que afectan a una gran cantidad de masa de terreno. Un tipo
particular de corrimiento de tierra son los deslizamientos, que se producen cuando
una gran masa de terreno o zona inestable, desliza con respecto a una zona
estable, a través de una superficie o franja de terreno de pequeño espesor. Los
deslizamientos se producen cuando en la franja se alcanza la tensión tangencial
máxima en todos sus puntos. Estos tipos de corrimiento son ingenierilmente
evitables. Sin embargo, los siguientes no lo son:
Un flujo de arcilla se produce en zonas muy lluviosas afectando a zonas muy
grandes. Los terrenos arcillosos, al entrar en contacto con el agua, se comportan
como si alcanzasen el límite líquido, y se mueven de manera más lenta que los
deslizamientos. Se da en pequeñas pendientes, pero en gran cantidad.
Licuefacción: se da en zonas de arenas limosas saturadas, o en arenas muy finas
redondeadas (loess). Debido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan,
las presiones intersticiales son tan elevadas que un seísmo, o una carga dinámica,
o la elevación del nivel freático, pueden aumentarlas, llegando a anular las
tensiones efectivas.
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Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportándose el terreno
como un «pseudolíquido». Se produce, entre otros terrenos, en rellenos mineros.
DETERMINAR LA ESTABILIDAD DE TALUDES
Para determinar la estabilidad de una masa de suelo debemos determinar su
coeficiente de seguridad al deslizamiento. Alexistir un coeficiente de seguridad
igual, se produce el deslizamiento del talud.
Debemos comparar la colaboración de esfuerzos que tienden a producir el
deslizamiento (esfuerzos motores) con aquellos que tienden a evitarlo (esfuerzos
resistentes) se debe definir la superficie de falla.
DEFINICIÓN DE ESTABILIDAD
Se entiende por estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la falla o
movimiento. Como primera medida es necesario definir criterios de estabilidad de
taludes, entendiéndose por tales algo tan simple como el poder decir en un instante
dado cuál será la inclinación apropiada en un corte o en un terraplén, casi siempre
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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.
A diferentes inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material
térreo por mover y por lo tanto diferentes costos.
Probablemente muchas de las dificultades asociadas en la actualidad a los
problemas de estabilidad de taludes radican en que se involucra en tal
denominación a demasiados temas diferentes, a veces radicalmente distintos, de
manera que el estudio directo del problema sin diferenciar en forma clara tales
variantes tiende a conducir a cierta confusión.
Es indudable que en lo anterior está contenida la afirmación de que los taludes son
estructuras muy complejas, que prestan muchos puntos de vista dignos de estudio
y a través de los cuales la naturaleza se manifiesta de formas diversas.
Esto hará que su estudio sea siempre complicado, pero parece cierto también, que
una parte de las dificultades presentes se debe a una falta de correcto deslinde de
las diferentes variantes con que el problema de estabilidad se puede presentar y se
debe afrontar.
Los problemas relacionados con la estabilidad de laderas naturales difieren
radicalmente de los que se presentan en taludes construidos por el ingeniero.
Dentro de éstos deben verse como esencialmente distintos los problemas de los
cortes de laderas y los de los terraplenes.
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Las diferencias importantes radican, en primer lugar, en la naturaleza de los
materiales involucrados y, en segundo, en todo un conjunto de circunstancias que
dependen de cómo se formó el talud y de su historia geológica, de las condiciones
climáticas que primaron a lo largo de tal historia y de la influencia del hombre que
ejerce en la actualidad o haya ejercido en el pasado.
Esta historia y génesis de formación de laderas y taludes, la historia de esfuerzos a
que estuvieron sometidos y la influencia de condiciones climáticas o, en general,
ambientales, definen aspectos tan importantes como configuración de los suelos y
las rocas, o el flujo de las aguas subterráneas a través de los suelos que forman la
ladera o el talud, el cual influye decisivamente en sus condiciones de estabilidad.