Estabilización de taludes

Universidad Nacional de Cajamarca Ingeniería Civil VI
ciclo
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Mecánica de suelos II
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ESTABILIZACIÓN DE TALUDES
A) MÉTODOS DE ANÁLISIS Y ALGUNOS CRITERIOS PARA LA ESTABILIZACIÓN DE TALUDES EN
ROCA
Introducción
Debido a la complejidad de la naturaleza, ningún método de análisis, ni criterio de solución,
puede ser considerado como suficiente. Requiriéndose primeramente, el conocimiento más
detallado posible del medio geológico, la geodinámica natural; las actividades y acciones
antrópicas del pasado y del presente, medio en el cual se desarrolla el proyecto.
En concordancia con lo mencionado,esconvenientehacerun enfoqueque,aunquegeneral, sirve
para evaluar una parte importante de lo que constituye un estudio de los fenómenos de
deslizamiento en función del origen e interacción natural de cada terreno,sometido a la acción
humana.
CaracterizaciónGeotécnica
En la práctica de la ingeniería geotécnica sehan determinado algunosmétodosloscuales parten
necesariamentede caracterización y, medianteesta, del análisis de estabilidad de la condición
de equilibrio inicial o actual.
Para lograr ese primer paso, es decir, determinar las características geotécnicas del macizo
rocoso,sedebeefectuaruna descripción detallada dela(s) formacionesgeológicaspresentes en
ese medio rocoso,de la estructura;del grado de meteorización,específicamentedebe definirse
el perfil de meteorización.
La estructura del macizo rocoso está relacionada directamente a la presencia de las
discontinuidades tales como las familias de fracturas, la estratificación en rocas sedimentarias
el bandeamiento o foliación en rocas metamórficas. La presencia de fallas tectónicas puede
constituir una afectación mayúscula al macizo rocoso.
El rol quetiene la estratificación,dependede la calidad de la roca sedimentaria,porlo general,
en las rocas más jóvenes que son las más blandas, la estratificación puede constituirse en un
plano de debilidad. Cuando en las rocas sedimentarias, incluyendo las más antiguas, existen
estratos finos, en relación a otros suprayacentes, más espesos o muchos más espesos, esos
estratos finos constituyen superficies débiles.
Lasfracturas,son casisiempre,losplanosdemayordebilidad,ciertasfamiliasdefracturas están
vinculadas directamente al movimiento de cuñas o bloques de roca. En número de familias se
fracturaspresentesen un macizo es también es un índice que señala movilidad de las masasde
roca.
Se considera casi siempre que el máximo número de fracturas posibles es tres y si se tiene este
valor máximo defamilias,la posibilidad de queexista un gran número debloquesdiscontinuos,
o bloques separados, es también la mayor.
El caso más desfavorablepara la estabilidad de los taludesen mediosdiscontinuospuede darse
cuando, además de tenerse tres familias de fracturas, se tiene estratificación. Estos casos son
poco frecuentes,ya queeltiempo geológico lastransforma en masasdesuelo residual, con otras
connotaciones para la estabilidad de las laderas o taludes.

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La meteorización es el agente más determinante en el comportamiento de los macizos rocosos
ya que,es evidenteque,mientrasmásdiscontinuo esun elemento,esmás atacado porel medio
ambientenatural,el agua,loscambiosde temperatura,losvientos,etc.El grado más avanzado
dela meteorización delasrocases el suelo.La presencia deuna gruesa capa de suelo,determina
que hubo gran meteorización.
El suelo sin la compañía de vegetales, es inestable y puede erosionarse. Por esta razón, la
eliminación delosárboles,también genera la pérdida del sotobosquequesemantienea expensa
de aquellos y así ocurre la inestabilidad.
Cuando se trata de macizos rocosos en terrenos semiáridos, aun en condiciones naturales son
muy poco estables, cuando son intensamente fracturados, o contienen finos estratos, con tan
sólo pequeñasaccioneshumanassedesestabilizan.Un clima lluvioso,aunquesea corto, produce
idénticos efectos.
La acción del agua
El flujo del agua essin dudaselelemento o factorquemásincideen la estabilidad delos taludes,
mayormente los flujos sub. Superficiales y profundos.
El proceso delflujo segenera porinfiltración delasaguasdelluvia.Elflujo ocurreen las fracturas,
siguiendo estascomo caminospreferenciales.Elflujo en elsubsuelo puedeser valorado tanto en
caudales como en la presión que dichos flujo de agua tienen. La hidráulica de rocas es la
especialidad que analiza y determina mediantealgunasecuaciones experimentalesdel flujo de
cada familia de fracturas, de la matriz rocosa, en consecuencia determina el flujo total en un
área de macizo rocoso considerada.
Análisis de la estabilidad de taludes
Hay varios tipos de análisis de estabilidad de taludes, lo cual depende de la caracterización del
macizo rocoso, sobre lo que se expone a continuación:
En el caso de los macizos rocosos muy blandos, por efecto de una densa facturación o/y
meteorización,sepueden emplearmétodosquepermitenelcálculo en superficiescualquiera, las
cuales pueden ser definidos por criterios geológicos geotécnicos y topográficos, en tanto que
otrossitúan lassuperficiesderuptura al azar,dentro deunoslímitespre establecidos, existen en
el mercado más de 10 programas de computación se efectúan cálculos con esos criterios, un
programa bien difundido, se llama Galena, que también incluye otros tipos de análisis para
macizosfracturados.UnodelosmétodosmásconocidoseseldeJambu, tambiénhay otroscomo
el de Spencer, Morgerten & Prices. Describimos aquí el primer método mencionado por ser de
fácil explicación:
Paso1: Se divide un área que representa el volumen unitario de las masas, cuya estabilidad se
desea conocer, en volúmenes parciales denominados dovelas. El ancho de las dovelas depende
de la presencia de uno o más terrenos,de las propiedadesgeotécnicas,de la presión de agua y
de la geometría del talud dada por la topografía. Para simplificar los cálculos es a veces
conveniente asumir un mismo espesor de dovelas, denominado siempre ∆x. Un dato muy
importante en este paso es la determinación de ángulo α que se mide trazando una línea de
pendiente media en el centro de la base de la dovela.

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A continuación se ponen varios gráficos que contienen lo mencionado.
Paso 2: Como se observa en el grafico anterior,en el centro de la dovela también se determinan
el peso ∆W la altura media hm. Se determina así el valor p que es el promedio de peso de la
dovela porunidad deárea de la base;si la geometría dela basees aproximadamenteregular,p
se determina mediante la relación 𝛾h 𝑚, donde γ es el peso volumétrico de la roca,
consecuentemente, el peso medio de la dovela se calcula así: ∆W= 𝛾h 𝑚 ∆x.
Si la dovela es de base muy irregular, ∆W se determina midiendo el área de la dovela, lo cual
puedeser logrado muy fácilmenteen un perfilen Autocad,multiplicado este valordeárea porel
peso volumétrico γ; así este procedimiento puede dar resultados más exactos que el antes
descrito.
Paso 3.- Determinación de la presión de agua (u).

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Se calcula el promedio de la presión en la base de cada dovela siguiendo el siguiente
procedimiento gráfico que puede ser más exacto las mediciones en Autocad.
Si en la corona del talud existe una grieta de tensión,se puededeterminarun fuerza horizontal
Q, medida en un triángulo de presiones,desde el fondo dela grieta hasta la altura máxima del
nivel freático; es fuerza se aplica a un tercio de su altura del triángulo de presiones.
Paso 4.- Para esto se puedeusarcualquierhoja electrónica decálculo; se inicia con la tabulación
de los datos de entrada, se calculan así los valores: ∆WTanα, También X={C+(p-u) tanℵ}∆x.
Paso 5.- Para los cálculos se asumeun factorde seguridad,casi siempre con el valorde 1, para
un primer tanteo de cálculos. En tablas pre determinadas se obtiene los valores de “nα”,
denominada función geométrica,de la figuras113 y 113 b mostradasa continuación y además
se ponen en la tabla los valores de X/ nα, para cada dovela:

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Paso 6.- Sedetermina elfactordecorrección fo dela figura 114 y asíse determina el nuevo factor
de seguridad.
Previamentehay que establecer las relaciones detalladasquese utilizan para la determinación
del factor de seguridad.
Si existe el valor de la presión Q de agua en la corona:
Si no existe el valor de la presión Q

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Simplificando con la utilización de las ecuacionesanteriores:
Paso 7.- Iteraciones
Si el factordeseguridad calculadoen elpaso 6.,no concuerdason elfactordeseguridad asumido
en el Paso 5, se asume un nuevo valor de F, parecido al obtenido en el Paso 6.
Entonces se repiten los pasos 5 y 6, tantas veces hasta que el valor calculado sea similar al
asumido. Fin de los cálculos.

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B) DESCRIPCION DE LOS TIPOS DE DESLIZAMIEMTOS EN LOS CUALES SE PUEDE UTILIZAR LOS
MÉTODOS DE JANBU.
LAS REPTACIONES Y SOLIFLUXIONES
Se trata de movimiento lentos, imperceptibles (mm-cm/año), el desplazamiento es difuso,
reológicamente cuasi - viscoso, con desplazamientos intergranulares, la causa principal
constituyen,alparecer,lasvariacionesestacionalesdelcontenidodela humedad,suficiente para
causar deformaciones permanentes y agrietamientos.
Otra causa directade lasreptacioneses la erosión quehan sufrido losterrenosdelas parte altas
en las laderas, ocasionando la salida de los suelos arcillosos impermeables por la pérdida de la
protección vegetal, originándose así infiltraciones que hacen cambiar el régimen de flujo
subterráneo y también el superficial. La agricultura en laderas puede también ser causante de
las reptaciones.
En algunos casos se ha podido observar superficies de ruptura poco definidas y más bien se
presentan rasgos de perdida de verticalidad en la vegetación. Este tipo de deslizamientos se
presenta por lo general en rocas meteorizadas de grano fino, en lateritas, en suelos limo -
arcillosos, con pequeños clastos, dando un conjunto de elevada compresibilidad (plasticidad):
CH-MH
Se han dado casosen los quehabiendo existido previamenteprocesosde deslizamientos,se ha
producido un medio predominanteplástico grandesbloquesrocosospueden sertransportados,
flotando en una masa sólida y a la vez fluida.
Existe un caso denominado reptación progresiva que puede ocurrir en medios con
predominanciasdematerialesricosen arcilla y limo,en el queocurrereorientación de partículas
y formación de superficies de deslizamiento pequeñas y localizadas, que se mueven
individualmente, y que así permiten tasas más elevadas de movimiento generalizado de un
ladera, ocurriendo a veces una ruptura abrupta de la ladera.
Existe otro caso que es la reptación profunda queconsisteen una deformación plástica lenta de
suelo o roca bajo esfuerzo permanente, relacionado a veces con relajación (alivio,
descompresión) deesfuerzosresidualespreexistentesy también por causa deerosión profunda
en la base de la ladera.
DESLIZAMIENTOS ROTACIONALES
Se caracterizan por tener una superficie de ruptura semicircular, elipsoidal, espiral logarítmica,
en muchas ocasiones compleja e indeterminable, existiendo una gran cantidad de casos.
Ocurrencias
Estos deslizamientos se desarrollan principalmente en muy blandas a rocas blandas, muy
frecuentemente en horizontes muy meteorizados y con eventuales acumulaciones de suelos
residuales como parte de su constitución geomorfológica. Se tienen muchos ejemplos que han
ocurrido en lutitas, limonitas.

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En ocasiones se produce basculamiento inverso de bloques deslizados, también depresiones
elongadasu ovales. Ademásel material deslizantese muevecomo una unidad coherente,pero
puede desintegrarse en su desplazamiento.
Como producto de estos deslizamientos se generan perfiles cóncavos - convexos, que con el
tiempo y la erosión de suelos de diferente tipo pueden dar lugar lagunas, con un nivel freático
Los deslizamientos rotacionales pueden experimentar pérdida de soporte lateral y movimiento
retrogresivo, que genera otros movimientos de masa.
DESLIZAMIENTOS QUE REQUIEREN OTROS TIPOS DE ANÁLISIS

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Los tiposde deslizamientosdescritosa continuación requieren seranalizadosmediante cálculos
dinámicosqueconsideran lasmasas deslizantesmaterialescaracterizados reológicamentecomo
líquidos viscosos y en el otro extremo de comportamiento frágil. Como parte de los análisis se
determinan velocidades de desplazamiento y energía generada.
Otra alternativa para prever esos movimientos de masas es un estudio pormenorizado de la
geomorfología del terreno, determinando los cambios que pudieron haber ocurrido en los
últimosaños,en especialpor la intervención antrópica,deforestación,obras.Las modificaciones
del drenaje, la erosión de los suelos finos impermeables, las socavaciones profundas, hacen
cambiar el régimen de flujo subterráneo, con nuevas condiciones en la acción del agua tornan
los terrenos irremediablemente inestables.
Algunos casos a mencionar son:
Separaciones laterales (LATERAL SPREADING):
Es un tipo especial de deslizamientosen el que ocurre movimiento de masascoherentes,porlo
generala lo largo dependientessuaves.Puedencitarsecomo causasla extrusióndeun horizonte
incompetentesubyacente,la ruptura súbita en un horizontemuy débily la licuefacción inducida
por actividad sísmica.
Flujos, aludes y avalanchas
Ocurren en forma de movimiento diferencial, no coherente, no newtoniano, que pueden ser
lentos, acumular energía y tener desarrollos extremadamente rápidos. La consecuencia son
flujostorrenciales,aludesy avalanchasdemiles, cientos de miles y hasta millonesde toneladas
de lodo y detritos, acampanados de gran cantidad de restos de vegetación.
Cuando estos deslizamientos son catastróficos tienen una morfología lobular, casi siempre
alongada, de varios kilómetros, siendo muy destructivos.

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En verificaciones efectuadas se ha determinado que el contenido de humedad de esas masas
movilizadas es de más del 45%.
Estosdeslizamientosseasocian con áreasmontañosasy en loscasosdeterritorios volcánicos se
denominan Lahares, cuando se trata de flujo de detritos de material volcanoclástico.
Otras expresiones de ese tipo de movimientos de masas son los depósitos coluviales de
piedemonte, que en muchos casos están incorporadosimperceptiblemente a la geomorfología
general.
Un caso muy especial, con grandes connotaciones, debido a los continuos requerimientos de
áreas para desarrollos urbanos, son los conoides de deyección, abanicos aluviales, deltas de
deposición, se denomina así por, en este caso de menor a mayor, pudiendo ser coalescentes.
En losúltimos20 años,másde150 poblacionesfuerondestrozadaso fuertementeafectadas por
conos de deyección.
Sobre la base de varias experiencias ocurridas, se puede anticipar la ocurrencia de estos
fenómenos, partiendo de un análisis geomorfológico que puede determinar la presencia de los
deltas o conos, debiendo ser considerados éstos como lugares de acumulación natural de los
materialesque seerosionan o desprenden delascuencasde drenaje,queportanto se movilizan
y ocupan sus espacios, independientemente de lo que el hombre haya construido.

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DESLIZAMIENTOS SIGUIENDO DISCONTINUIDADES
Este tipo de fenómenos que en muchos casos, no son naturales, son deslizamientos que
dependen tanto de la pendiente como de la orientación de las discontinuidades presentes o
existentes en los macizos, como parte de su estructura. Se pueden clasificar en dos grupos
generales, que son:
 Rupturas por cortante en superficies planas y cuneiformes, denominados
respectivamente, falla plana o fallas por cuñas.
 Rupturas traslacionales por volcamiento y por desprendimiento.
Los factores más significativos que intervienen en esos mecanismos del esfuerzo cortante, en
cuanto a las discontinuidades son: rugosidad,persistencia y relleno de la superficie de ruptura,
fracturación de la estratificación, relación tridimensional de pendientes entre la discontinuidad
y la superficie de la ladera o talud.
Acción delagua porla presencia delasprecipitaciones:presionesdeflujo,presiones hidrostáticas
y la presión instersticial actuado a nivel de la estructura del suelo. Sismicidad,especialmentelas
aceleraciones sísmicas.
El Deslizamiento traslacional de detritos, constituye un caso especial en el cual se moviliza
materialheterogéneo a lo largo deuna discontinuidad planaren la condición topográfica de una
la ladera.
Otro caso especial de deslizamiento traslacionaldebloques,cuñaso losasde roca,a lo largo de
superficies de discontinuidad (estratificación, fracturas, foliación, bandeamientos, fallas
geológicas,).
INCIDENCIA DE LA ESTRATIFICACION
Buzamiento contrario a la pendiente.- Se considera que en general, cuando los estratos
geológicosestán contrariosa la pendientedel talud o ladera.Existen condicionesde estabilidad,
sin embargo,en condicionesnaturales,esta afirmación puedeno ser cierta, ya que los estratos
pueden estar fracturados e incididos por la presión de agua, por lo que puede existir falla
mediante cuñas.
Buzamiento en el mismo sentido quela pendiente.- Puedeadmitirsequelosentrados dispuestos
e inclinados en el mismo sentido de un talud, sean inestables. Sin embargo,esta consideración
estáen función delascaracterísticasdelosestratosy la principales el espesordeestos.Mientras
máspotenteesun estrato mayorresistencia alcortetiene, en cambio,un estrato delgado o fino,
intensamente fracturado, en la superficie más evidente de ruptura.
ANÁLISIS DE LAS FALLAS PLANAS
El método más conocido es de Hoek & Bray, que consiste en las aplicaciones de modelos y de
parámetrosgeométricosy geomecánicosdeducidos,para cada caso.Asípor ejemplo el modelo
de falla plana con grieta en la corona consiste el análisisestático de un bloquede roca unitario
que se desliza porun plano inclinado (con libertad cinemática) que puedeser un estrato blando
o una fractura inclinada. Se considera la altura del talud, el volumen del cuerpo que se desliza,
la aceleración sísmica que es una componente horizontal, hacia fuera, del peso del cuerpo
deslizante; las presiones hidrostáticas generadas en la grieta de tensiones y esta comunicada

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con la superficie deslizante. Estas presiones tienen la típica distribución triangular y su
componente actúa a 1/3 de altura del triángulo de presiones.
Laspresioneshidrostáticasactúanempujandolateraly basalmentealbloquedeslizante. Cuando
no existe drenaje en el talud, la distribución de presiones en la base del bloque cambia de
triangular a rectangular, por lo que se duplica su valor como fuerza desestabilizante.
Las ecuaciones que utilizan para el cálculo son las siguientes:
Existe un pequeño pero interesante programa de cálculo, en hoja electrónica, mediante el cual
se puede determinar, efectuando diferentes corridas la incidencia que tienen los diferentes
parámetros tanto geotécnicos como geométricos, por lo que partiendo de datos conocidos o
medidos, pudiendo efectuar retroanálisis.

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Otro aspecto muy importante que se puede deducir de la hoja electrónica es la incidencia que
tiene la presencia del agua, ingresando valores de altura de agua, Zw, iguales, menores en
diferente rangos que la altura total de la grieta, la cual es calculada por las formulas.
RUPTURA CUNEIFORME
Constituyen la forma más común de falla de los taludes o laderas en los macizos rocosos
fracturados. El desprendimiento o deslizamiento de cuñas tiene lugar cuanto estos cuerpos,
delimitados y definidos por las fracturas quedan en libertad cinemática, cuando se realizan
cortesde cualquiertipo en el macizo rocoso.Lostaludesvialesson los sitiosmásfrecuentes para
mostrar esos procesos de inestabilidad.
Losvolúmenesdelascuñaso bloquespuedenserdemilesy de unaspocastoneladas,lo cual está
en relación directa a la dimensión del talud, el número de familias de fracturas y las
características propias de cada una, en especial el espaciamiento de fracturas.
TIPOS DE ANALISIS DE LA FALLA POR CUÑAS
El procedimiento más simple para investigar posibilidadesde falla por cuñas es el empleo de la
red estereográfica equiareal,graficando losplanosdefractura,su intersección y elplano de corte
o talud considerado.
Para obtener criterios técnicos en áreas más grandes es conveniente la graficación en la red
estereográfica, mediante polos y de estos deducir los contornos y demás tendencias.
En la actualidad hay varios programas, como los ya mencionados, que utilizan la red
estereográfica y información geotécnica y geométrica,permitiendo así el cálculo de volúmenes
inestables,la inclinación de los planosquefallas, las diferentesfuerzasactuantesy el factor de
seguridad, a la falla, de dichos bloques.
CAÍDA DE BLOQUES
Es otra forma dedeslizamiento (en inglésfalls) y constituyeun descenso extremadamente rápido
de material desde escarpes, acantilados o pendientes muy fuertes o empinadas, por lo que
pueden tener gran energía y desplazarse violentamente al caer.
Los bloquesse movilizan por caída libre o rodando,sin embargo se ha constado que el proceso
de separación de los bloques de roca del resto del macizo es progresivo, iniciándose con la
formación y desarrollo de fracturasdetracción y también debido a falla porcortanteen la base
del bloque que se hace inestable.
Basculamientos (toppling):

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Ocurre cuando la resultante de las fuerzas aplicadas se sale del punto pivote (centro de
gravedad) en el bloque afectado.
Estassituacionesocurren en escarpesrocososcon planosdediscontinuidadcercanosa la vertical
y al mismo tiempo paralelo con la superficie del escarpe,lo cualse ha observado principalmente
en los basaltos columnares y en la estratificación vertical o pseudo vertical. También puede
ocurrir volcamiento por causa de la incompetencia de un substrato.

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