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• Wendy Curi Caballa

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CIMENTACIONES EN SUELOS TROPICALES 1. INTRODUCCION

Los suelos en las zonas tropicales son suelos que están altamente influenciados por factores tales como el clima, la temperatura, la vegetación, entre otros, lo que genera una amplia variedad de perfiles con propiedades ingenieriles particulares, que difieren de las características de los suelos de regiones templadas. Recientes revisiones del estado del arte sobre el comportamiento de suelos tropicales han concluido que, a diferencia de otros materiales geotécnicos, no es posible aún hacer generalizaciones que sean válidas universalmente. Hay razones importantes para ello: no existe todavía suficiente conocimiento fundamental de estos suelos residuales, en especial con respecto a sus propiedades químicas y mineralógicas y a su comportamiento mecánico ya que los métodos de análisis de estabilidad aceptados por la comunidad geotécnica no conducen aún a resultados totalmente satisfactorios. Una de las dificultades para usar adecuadamente los suelos de las regiones tropicales, para fines de construcción en general, es la limitación del uso de las clasificaciones tradicionales de los suelos y los parámetros involucrados en estas clasificaciones que han sido establecidas generalmente para los suelos de origen sedimentario que se encuentran en los países de clima templado a frío, lugares donde la Mecánica de Suelos clásica tuvo su desarrollo más acentuado. Evidentemente, las realizaciones de obras de envergadura en la selva amazónica peruana presentan un sin número de problemas técnicos no experimentados en el pasado, ya que en muy pocas regiones del mundo se presentan las condiciones atmosféricas, ambientales o hidrológicas que existen en esta región, a las cuales se les suma la carencia de materiales tradicionales para la construcción (Carrillo-Gil, 1983). También los fenómenos de erosión y sedimentación que suceden alternadamente en las riberas de ambas márgenes de los ríos, así como los continuos cambios de curso entre los años subsiguientes, presentan dificultades adicionales y grandes retos a la aplicación de los conocimientos de la ingeniería civil, tanto en la selva baja que se ubica entre los 80 y 400 m.s.n.m., como en la selva alta que se sitúa entre los 400 y 1000 m.s.n.m.

2. ASPECTOS GEOLÓGICOS

Después de haber hecho una recopilación de las características geológicas de las rocas predominantes en la selva peruana, que han dado paso a la formación de los diversos suelos tropicales encontrados, se observa que el mayor número de formaciones reconocidas se encuentra en el mesozoico y en cenozoicoterciario, de origen relativamente reciente. Al respecto, se refiere que en la Amazonía brasileña, se encuentran formaciones que datan desde el Precámbrico, en el límite de las eras Paleozoica y Arcaica.

Estas formaciones se encuentran en la parte central de la amazonía brasileña y las Guayanas y están constituidas por granitos, gneisses y esquistos micáceos, mientras que, en los límites con los Andes, hay formaciones más jóvenes, de las eras Paleozoica y Mesozoica y constituidas por rocas sedimentarias.

En resumen, se puede concluir que en la selva alta y en los límites con la selva baja se encuentran tanto rocas ígneas como sedimentarias, mientras que en la selva baja predominan las rocas sedimentarias del terciario y cuaternario y están constituidas principalmente por areniscas, lutitas y arcillas. En cambio, las rocas ígneas encontradas en la selva alta son: granito, andesita, y tipos volcánicos, mientras que las de tipo sedimentario son las areniscas, pizarras, shales, calizas y dolomitas. La composición química y mineralógica de las rocas es una de las principales características de la formación del suelo tropical, pues sus propiedades están relacionadas con su contenido de metales o metaloides. Los materiales que han formado los suelos tropicales tienen orígenes muy diversos. Al agrupar los elementos que se encuentran en las rocas, de acuerdo a si han sufrido o no transporte se establece que en la selva alta predominan tanto los materiales residuales como los transportados, mientras que en la selva baja se encuentra el predominio de los materiales residuales. Ente las rocas originales que han generado estos materiales residuales, se tiene el calcáreo, las arcillas y lutitas, las areniscas y algunas rocas ígneas del tipo de los granitos, andesitas y tufos volcánicos (Carrillo, 1997). CARACTERISTICAS GEOLOGICAS Y GEOMORFOLOGICAS DE LA SELVA PERUANA El trabajo efectuado para iniciar la caracterización tecnológica de los suelos tropicales peruanos es el producto de un estudio generalizado acerca de la geología y geomorfología de la región selvática. En este estudio nos hemos valido de una serie de investigaciones y recopilación de datos puntuales de la

región, considerando las principales cuencas de los ríos más importantes, esto es, Amazonas, Marañón Ucayali, Madre de Dios, Santiago, Huallaga, Pachitea y Ene, así como también la información de una serie de autores para llegar a establecer sus características de comportamiento en forma detallada, tomando en consideración que gran parte de la amazonía ha permanecido cubierta durante los periodos interglaciares del cuaternario por un mar interior de poca profundidad, cuando el nivel de los océanos tenían 100 m encima del actual ( 330,000 años atrás) y pasaron a fluctuar durante varias épocas glaciares e interglaciares, formando terrazas a lo largo de los cursos de agua, llegando a tener 100 m debajo del nivel durante la última glaciación (17,000 años atrás), quedando en estos canales profundos los ríos, elevándose posteriormente a la cota actual (6,000 años atrás) (Vertamatti,1988). De acuerdo a los estudios recopilados se puede concluir que en la selva alta y en los limites de la selva baja se encuentran tanto rocas ígneas como sedimentarias, mientras que en la selva baja predominan las rocas sedimentarias del terciario y cuaternario y están constituidas principalmente por areniscas, lutitas y arcillitas. En cambio, las rocas ígneas encontradas en la selva alta son: granito, andesita, y tipos volcánicos, mientras que las del tipo sedimentario son las areniscas, pizarras, calizas y dolomitas (Figura 1). La roca madre que ha formado los suelos de la selva peruana tiene orígenes muy diversos, como se deduce de lo expuesto anteriormente, referente a la geología de la zona. Al agrupar los materiales geotécnicos se establece que en la selva alta predominan tanto los materiales residuales como los transportados originando suelos litocambisólicos y acrisoles, mientras que en la selva baja se encuentra predominio de materiales residuales, creando principalmente suelos ferrosólicos. Entre las rocas originales que han generado estos materiales residuales, se tiene el calcáreo, las arcillas y lutitas, las areniscas y algunas rocas ígneas del tipo de los granitos, andesitas y tufos volcánicos. (Villachica, 1980). En este caso cabe indicar cierta diferencia con la roca madre que generalmente se menciona para algunas otras regiones de Sudamérica. Así mismo parecería probable que en nuestra región no se ha dado con mucha frecuencia el proceso de latolización, de acuerdo con las referencias encontradas al respecto.

Fig.1 Región Amazónica Peruana y Tipo de Roca Madre Subyacente La descripción generalizada de la geomorfología de la región indica que la selva baja es esencialmente plana y como queda dicho, su altura varía entre 80 a 400 m.s.n.m. Debido a este pequeño desnivel los ríos discurren lentamente, teniendo en la estación seca la apariencia de verdaderas lagunas, son anchas sinuosas y de muy fácil vegetación. Esta región del llano amazónico, puede señalarse como el tipo de estado de madurez o avanzada erosión. El llano amazónico está caracterizado por su gran humedad, y terreno cubierto por una densa vegetación tropical. Esta extensísima llanura se halla suavemente inclinada hacia el Este y comprende las llanuras de Loreto y Madre de Dios. El territorio es suavemente ondulado, por el despliegue de amplias superficies planas, lomadas y zonas colinosas bajas, depresiones, terrazas aluviales, etc., modelados en sedimentos blandos y subhorizontales del terciario superior y aluviales del cuaternario. La llanura esta íntegramente drenada por los ríos Marañón, Huallaga y Ucayali, formadores del gran Amazonas y su sistema de tributarios. La llanura de Madre de Dios, se desarrolla a altitudes de 200 a 500 m.s.n.m. Se extiende con suave inclinación hacia el sureste, desde el alineamiento del alto Fitzcarrald hasta la frontera con Bolivia. Morfológicamente es un territorio llano a ondulado y modelado en sedimentos del terciario y depósitos aluviales del

cuaternario. Esta íntegramente drenada por el río Madre de Dios y sus numerosos tributarios. Las características geomorfológicas de esta zona corresponden a un escenario del tipo continental, el que ha estado sometido a diversos ciclos diastróficos de intensidad variable, los cuales junto con los agentes geodinámicos externos, han modelado la superficie del terreno en diversas formas, desde el punto de vista geomorfológico en colinas y planicies. El sector de colinas, que incluye también a las lomadas, corresponde a las áreas que topográficamente se ubican a mayor altura dentro de la zona, las cuales se encuentran intensamente disectadas por pequeñas quebradas las que están en su etapa inicial de erosión. El sector de planicies ha sido generado por movimientos epirogenénicos, también podemos mencionar la erosión vertical de los recursos hídricos que drenan la zona. La morfogénesis de la región se remonta a los subhorizontes del Terciario Superior, sedimentos del terciario y depósitos aluviales del cuaternario (Figura 2).

Fig. 2 - Zonas Morfoestructurales de la Amazonía Peruana 3. FORMACION DE LOS SUELOS DE LA SELVA

El proceso de transformación de la materia de origen o “roca madre” en el suelo, es lo que se conoce como “formación de suelo”. Esta transformación no alcanza un estado de equilibrio permanente, pues continuamente interfieren agentes o “factores de formación” que van transformando o cambiando las características físicas y químicas del

suelo. Dos procesos importantes intervienen en la transformación de una roca en suelo: la desintegración mecánica y la descomposición química. La desintegración mecánica, se debe a fuerzas externas y a expansiones térmicas de los minerales que componen las rocas. La descomposición química de la roca se debe a los agentes erosivos superficiales que están en reacción con los minerales primarios de la roca incluyendo agua, oxigeno, dióxido de carbono y ácidos orgánicos derivadas de la vegetación. Los diversos procesos pueden actuar simultáneamente, algunos más rápidamente que otros y algunos más efectivamente en la alteración de un mineral a otro. Los suelos que provienen de la desintegración y descomposición química de la roca madre que se encuentra en el sitio y que no han sido transportados por agente alguno se llaman “suelos residuales”; siendo estos los que predominan en la Selva Amazónica Peruana. Si la velocidad de descomposición de la roca supera a la de arrastre de los productos de descomposición, se produce una acumulación de suelo residual. Entre los factores que influyen en la velocidad de alteración en la naturaleza de los productos de meteorización se encuentra el clima, el tiempo, la naturaleza de la roca original, la vegetación, el drenaje y la actividad bacteriana. Con respecto al clima se establece que los principales agentes en la formación del suelo son la lluvia y la temperatura. La primera, la lluvia, determina la humedad del suelo, la aireación y el grado de lavaje del perfil. Los elementos solubles, como son las bases (cal, magnesia, potasa, soda), son arrastrados, lixiviados, por las lluvias a través de las capas del suelo, cuya reacción se acidifica por esta causa, la mayor parte de la sílice (los salicatos) se pierde, y quedan como residuos los hidróxidos de fierro y aluminio, principales componentes de esos suelos, a los que primero imparte la coloración rojiza que le ha valido su nombre. Mientras que la segunda, la temperatura, tiene acción directa sobre la formación del suelo e influye en la velocidad de las reacciones químicas, que se duplican por cada 10°C de incremento de temperatura. Otros agentes del clima, además de la precipitación y de la temperatura, son la humedad relativa, la radiación solar, el número de horas de sol, la nubosidad, la evaporación y la evapotranspiración, principalmente. Dentro de un mismo agente existen muchas causas que hacen que su forma de acción varié notablemente. El nivel pluviométrico regional a su vez depende de la temperatura, densidad, humedad absoluta y otras características de la masa de aire, y una vez que se produce la lluvia, su efectividad en meteorizar el material estará en función de su duración, intensidad, cantidad total de caída, así como la cobertura del tipo de

material y relieve (plano, quebrado, o de vertientes abruptas). Es decir que el clima puede actuar en la descomposición del material original del suelo o de este mismo, a través de numerosos agentes, los cuales a su vez actuaran en condiciones muy variables, lo que determinaran una amplia gama de tipos de suelos que se forman en estas condiciones.

4. METEORIZACIÓN EN LOS SUELOS DE SELVA

¿METEORIZACION? Es el proceso o grupo de procesos destructivos mediante los cuales materiales terrosos o rocosos cambian de color, textura, composición, firmeza o forma al ponerse en contacto con agentes atmosféricos, todo esto con poco o nada de transporte del material aflojado o alterado

La composición y textura de las rocas madres son importantes en las etapas iniciales de la meteorización, pero se vuelven menos importantes con el tiempo. Las características climáticas tales como la cantidad de precipitación pluviométrica y particularmente, la distribución estacional de ésta, determinan la intensidad del proceso de meteorización. La topografía afecta el movimiento vertical del agua y, por consiguiente, a la velocidad de remoción de los materiales solubles. En taludes escarpados, el escurrimiento puede ser tan activo en la erosión del material meteorizado como lo es la filtración en su formación. El tipo y cantidad de vegetación pueden ser importantes en la formación de ácidos orgánicos y en la asimilación de sílice. Finalmente, el tiempo es un factor decisivo, ya que, por ejemplo, en climas húmedos y calientes, típicos de los trópicos, el tiempo que se requiere para alterar un material rocoso es considerablemente menor que en los climas templados. La alteración de la roca a través de los procesos de meteorización se lleva a cabo en forma progresiva por medio de una serie de acontecimientos y etapas, los cuales dan como resultado un perfil de suelo residual meteorizado tropicalmente. Se define como perfil de meteorización de un suelo tropical a la secuencia de materiales con diferentes propiedades físicas formadas en el sitio donde se encuentra y el cual yace sobre la roca meteorizada. Los perfiles de meteorización cambian de un lugar a otro, debido a variaciones locales en el tipo y estructura de la roca madre, la topografía, la velocidad de erosión y las condiciones de agua subterránea además de las variaciones climáticas regionales, particularmente la pluviosidad. La clasificación en términos de zonas de intemperización y grados de intemperización es esencial para el diseño de ingeniería, y han habido varios intentos para proporcionar un sistema satisfactorio de descripción y clasificación para propósitos de ingeniería. Deere

& Patton (1971) así corno De Mello (1972), dieron un valioso resumen comparativo de los sistemas de clasificación disponibles en ese momento. La Sociedad Geológica de Londres (1970, 1977) hizo propuestas para el “registro” de “núcleos” que han sido más o menos seguidos de cerca por la Asociación de Geólogos de Ingeniería (1978). Dearman (1974) describió el sistema de clasificación de intemperización utilizado en la practica británica, y esto fue luego totalmente documentado por la Sociedad Geológica de Londres (1977). Un perfil de intemperización de la selva amazónica peruana ha sido obtenido sobre la base de una adecuada correlación de muchas perforaciones practicadas en el sitio, y es factible de utilizarlo para prediseños de obras de ingeniería.

Taludes escarpados En terrenos escarpados los deslizamientos pueden ocurrir en cualquier tipo de material geológico. Sin embargo, la causa mas común de un gran número de derrumbes que ocurren en taludes escarpados es el deslizamiento a lo largo de la zona de contacto de la roca con suelos residuales o coluviales. Pluviosidad La pluviosidad tiene un efecto primordial en la estabilidad de taludes ya que influencia la forma, incidencia y magnitud de los deslizamientos. En suelos residuales, los cuales generalmente se encuentran no saturados, la pluviosidad tiene un efecto muy importante ya que el efecto acumulativo puede llegar a causar la saturación del terreno activando así un deslizamiento. Con respecto a la pluviosidad hay tres aspectos importantes: El ciclo climático sobre un período de años, por ejemplo, alta precipitación anual vs baja precipitación anual. La acumulación de pluviosidad en un año dado, en relación a la acumulación normal. Intensidades de una tormenta dada. Topografía y estabilidad Los mapas de topografía representan una excelente fuente de información para la detección de deslizamientos. Con frecuencia grandes áreas de deslizamiento se pueden identificar en mapas topográficos, mediante el análisis de condiciones particulares. Ejemplos Las regularidades precipitaciones de lluvias, llovizna causa:  

pérdida de solidez en los muros de carga y afecta a la seguridad. La humedad asciende por las paredes de mampostería porosa o permeable, afectando a revestimientos exteriores y al interior.

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Debemos controlar la humedad y diagnosticar a tiempo el origen del problema. Consejos para prevenirlo          

Empleo o colocación de pilotes Cierra las puertas de las estancias más húmedas, sobre todo cocina y baño. Instala doble acristalamiento en las ventanas. Evita las puertas y ventanas metálicas. Mejora el aislamiento exterior y elimina los puentes térmicos. Asegura una buena ventilación. Cada tres años revisa fisuras en la fachada. Los golpes en puertas y ventanas pueden ocasionar fisuras. Vigila que las tejas estén bien colocadas. Limpia una vez al año canalones, bajantes y elementos de desagüe.

5. SUELOS SAPROLÍTICOS Y LATERÍTICOS LOS SUELOS SAPROLÍTICOS Son aquellos originados por la intemperización de la roca en el lugar, conservando sus condiciones de macro estructura, mineralogía y granulometría. Debido a que aparecen como el residuo de la roca origen y presentan un apropiado perfil de intemperización, también se les llama suelos residuales jóvenes. Normalmente constituyen estratos subyacentes al horizonte superficial de estos depósitos y suprayacentes a la roca matriz, caracterizándose por la presencia de estructuras heredadas de la roca madre, grandes espesores del estrato, mineralogía compleja con diferentes grados de intemperismo y estratigrafía en algunos casos compleja con heterogeneidad, y en otros muy homogéneas con estructuras simples. Estos suelos y el resto de suelos residuales plantean algunas dificultades para su caracterización en ingeniería: - En el tamizado de estos suelos se corre el riesgo de destruir su estructura original; - Es difícil aplicar los límites de Atterberg, puesto que la porción que pasa el tamiz 40 (que separa el suelo de la fracción fina del suelo de la fracción gruesa) es por lo general muy pequeña y por lo general no es representativa del comportamiento total del suelo. Otros problemas de caracterización se comentan adelante al tratar los suelos lateríticos los cuales en parte son saprolíticos. SUELOS LATERÍTICOS Llamamos lateríticos a los suelos tropicales que sufren durante su formación un proceso pedológico intenso denominado laterización, cuyas características son: lixiviación de los catones alcalinos y alcalinos terrosos (Na, Kl, Ca y Mg), empobrecimiento de sílica, existencia de minerales arcillosos en grados avanzados de

transformación y aumento del porcentaje de óxidos de fierro y aluminio hidratado. Los suelos lateríticos pueden ser residuales maduros o transportados y constituyen un horizonte superficial de origen esencialmente pedogenético recubriendo normalmente áreas bien drenadas, formando estratos con límites graduales poco perceptivos. Los suelos lateríticos presentan como características genéticas principales una constitución mineralógica o microestructura de apariencia homogénea e isotrópica, elevada resistencia a la erosión, alta contracción, buena adhesividad a los materiales bituminosos, pero presentan mucha porosidad, son altamente permeables, poco expansivos y de baja plasticidad. En nuestro país, después de analizar estadísticamente miles de resultados de ensayos efectuados, principalmente durante la construcción de carreteras y aeródromos, así como también cimentación de edificios, puertos y problemas de derrumbes en las riberas de los principales ríos tanto en la selva alta como en la llanura amazónica, se han establecido algunas correlaciones típicas de comportamiento para luego lograr un primer intento de zonificación y clasificación de nuestros suelos tropicales, utilizando además la información geomorfológica, de clima, pedológica, y tomando en cuenta la roca madre subyacente a cada región, desde el punto de vista práctico se ha logrado establecer ciertas correlaciones empíricas entre las características de plasticidad de los suelos tropicales y su probable clasificación que pueden utilizarse para diseños preliminares con los suelos de la amazonia peruana. En Francia (Duchaufour. 1982) desarrolló una clasificación para suelos tropicales y subtropicales, que considera 3 fases en la formación de suelos rojizos, según la intensidad de meteorización en ambientes tropicales.

PROBLEMA CON EL CLIMA EN LA SELVA PERUANA Con respecto al clima se establece que los principales agentes en la formación del suelo son la lluvia y la temperatura. La primera determina la humedad del suelo, la aireación y el grado de lavaje del perfil, mientras que la segunda tiene acción directa sobre la

formación del suelo e influye en la velocidad de las reacciones químicas, que se duplican por cada 10° C de incremento de temperatura. Otros agentes del clima, además de la precipitación y de la temperatura, son la humedad relativa, la radiación solar, el número

De numerosos estudios realizados para estabilizar los suelos tropicales con cal, se establece que las mezclas de suelos saprolíticos con este estabilizante presentan sistemáticamente mejores resistencias que con el suelo laterítico para iguales porcentajes de cal y tiempo de cura (Gimenez, 1990). En los suelos tropicales mezclados con cal la resistencia aumenta con el tiempo de curado, aumentando más en el suelo saprolítico que en el laterítico. La influencia del porcentaje de cal en la resistencia es semejante tanto en los suelos saprolíticos como lateríticos. La resistencia de los suelos prácticamente no disminuye como consecuencia del tiempo transcurrido entre la mezcla y su compactación en las primeras cuatro horas, sin embargo, el suelo saprolítico sufre cierta disminución de resistencia entre cuatro y veinticuatro horas.

De la investigación llevada a cabo con fines de estabilización con cal para algunos suelos saprolíticos de la amazonía peruana que permanentemente presentan contenidos, de humedad natural mucho mayores que el óptimo de compactación, se han encontrado algunos resultados de laboratorio para especímenes que presentan portancia tan baja como CBR de 1% a 5% en promedio, y que al mezclarse con cal se obtiene un aumento substancial en el valor del CBR para diferentes tiempos de curado, probablemente debido al desarrollo de la reacción puzolánica en el suelo, estableciéndose que con 5% a 6% de cal hidratada en peso es posible obtener un mínimo de 15% de CBR como resistencia inicial para las arcillas saprolíticas de la selva baja, y si se continua el curado, se encontró que después de un buen tiempo el CBR aumentó considerablemente llegando hasta valores mayores del 29% en 140 horas (Carrillo-Gil, et al, 1993). En la mayoría de los casos, la adición de 5%, a 6% de cal hidratada fue suficiente para lograr resistencias adecuadas para el diseño de pavimentos de carreteras, calles y aeródromos para aviones medianamente pesados que normalmente hacen servicio en las áreas selváticas del Perú.

6. ALCANCES FUNDAMENTALES Y PRÁCTICOS DE

COMPORTAMIENTO 7. ESTABILIZACIÓN DE LOS SUELOS TROPICALES PERUANOS 8. DISEÑO EN SUELOS TROPICALES-ESTABILIDAD DE TALUDES

Para el diseño en los suelos tropicales de selva los análisis clásicos de mecánica de suelos y de rocas necesitan combinarse con un conocimiento de la geología de ingeniería en cada situación y con un sólido discernimiento y experiencia de la ingeniería geotécnica. Es desafortunado que el enfoque analítico es muchas veces sobre enfatizado en la ingeniería geotécnica sin tener suficiente de los otros dos ingredientes que están presentes como base para el diseño. de otro lado, existen situaciones en que la complejidad de la geología local confunde el análisis y, por lo tanto, la practica local se fía totalmente de los precedentes, del juicio profesional y experiencias de diseño del lugar o de otros lugares que tengan condiciones geológicas similares. Se tendrá énfasis inevitable sobre los problemas de estabilidad de taludes en los suelos de selva, ya que éstos quizá sean los problemas más y mejor estudiados en nuestro medio. Existen tres enfoques básicos que se le presentan al ingeniero que debe tomar decisiones de diseño con relación a los suelos tropicales. cada uno de estos enfoques tiene una base lógica y puede decirse que abarca tanto el análisis como el diseño. Métodos clásicos de análisis de estabilidad más conocidos como análisis de equilibrio limite, de los cuales se obtienen factores de seguridad numéricos. Métodos de diseño semi-empíricos (o de precedente modificado) que dependen de un conocimiento profundo de la performance de taludes o cimentaciones existentes relacionados con las condiciones relevantes prevalecientes. Enfoque de evaluación del terreno, que depende mucho del levantamiento de planos basados en fotografía aérea, para clasificar las formas de la tierra desde el punto de vista de su estabilidad y que pueden llevarnos a una zonificación del suelo en términos de riesgo y peligro potencial. Estos tres enfoques bastante diferentes para el “análisis y el diseño” han sido todos aplicados con éxito igualmente mixtos a los suelos de selva. el enfoque clásico tiene la ventaja de que cuantifica el grado de seguridad, mientras que esta cuantificación muchas veces no es posible hacerla con los otros dos métodos. el método semi-empírico y el enfoque de evaluación del terreno están estrechamente relacionados porque ambos se basan en la asunción explícita de que las características de estabilidad de un suelo tropical pueden ser evaluadas en base a las observaciones de la performance de otras consideraciones de similares características. En muchos casos se ha mencionado que los factores teóricos de seguridad para taludes estables en suelos residuales son frecuentemente menores que la unidad. Algunos piensan que este error proviene de la omisión de la contribución de la succión en la resistencia al esfuerzo cortante del suelo.

En el Perú y otros países de clima tropical, como queda dicho tenemos, una vasta área cubierta por suelos residuales de diferentes formaciones geológicas que pueden encontrase en estado no saturado, estando estos materiales geotécnicos sujetos a sufrir variaciones de humedad con el transcurso del tiempo. es por lo tanto de suma importancia tomar en consideración la influencia que ejerce la succión sobre los parámetros de resistencia del suelo, en especial cuando se trata de análisis de estabilidad de taludes En la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro, Brasil, Carrillo Delgado y Tacio de Campos (1994), han desarrollado equipo de laboratorio y estudios para evaluar los mecanismos de falla asociados a los deslizamientos de suelos coluvionares sobrepuestos a saprolitas de biotita-gneiss, utilizando comparaciones entre ensayos de corte directo convencionales y con succión controlada en un equipo especialmente preparado para esto caso, tomando en cuenta los efectos del grado de saturación variable de los materiales geotécnicos ensayados. Lamentablemente en nuestro país, aún no contamos con el equipamiento necesario para medir efectos de succión en los suelos de selva que se encuentran parcialmente saturados. Sin embargo, es posible considerar a los efectos de la succión de forma indirecta en nuestros diseños, a través de la comparación de resultados de resistencia al cortante obtenidos de ensayos en cuerpos de prueba previamente inundados o saturados y en condiciones de humedad natural. El procedimiento sugerido consiste en verificar la estabilidad del talud en sus condiciones extremas: Condición de humedad natural Y Condición saturada; para luego considerar una situación intermedia de succión, la que se obtienen los valores extremos del Factor de Seguridad correspondientes a las dos situaciones mencionadas, debiendo utilizarse un valor intermedio como Factor de Seguridad correspondiente a un determinado nivel de succión. Por lo tanto, para los casos en que el mecanismo de ruptura este asociado a perdida de resistencia por humedecimiento descendente y no por la generación o elevación de presiones neutras positivas, los procedimientos convencionales utilizando ensayos de corte en estado saturado llevan a resultados conservadores, lo que implica siempre soluciones costosas. En estos casos es posible tomar en consideración la succión, para viabilizar obras de estabilización de taludes naturales en suelos de selva, cambiando el concepto del proyecto, de modo de garantizar un determinado nivel mínimo de succión, mediante obras de drenaje o protección superficial adecuadas. En otros casos, las propiedades de resistencia al esfuerzo cortante en los suelos residuales están íntimamente relacionadas a la presión de poros por medio del principio de presiones efectivas. Para determinar en el laboratorio las propiedades de resistencia al cortante apropiadas para el diseño y el análisis de taludes que fallan por efecto de las lluvias, es necesario modelar el mecanismo de falla tan exactamente como sea posible.

Por muchas razones, la prueba triaxial es comúnmente utilizada para estudiar estas propiedades de los suelos, para esto se realiza ya sea una prueba “drenada” o se lleva a cabo una “prueba no drenada”, durante la cual se mide la presión de poros. Sin embargo, la trayectoria de la tensión seguida en el campo durante una falla inducida por lluvia es muy diferente a esto, ya que σ1 y σ3 son sensiblemente constantes y la presión de poros se incrementa (esto es, la succión disminuye) conforme llueve según Brand, (1982). El mecanismo correcto de falla sólo puede ser modelado en el laboratorio por medio de una prueba de carga constante en la cual se incrementa la presión de poros desde un factor negativo inicial hasta que ocurre la falla.

El caso más común que ocurre en nuestro medio se presenta en las orillas de los grandes ríos de la selva peruana, especialmente en las riberas del Río Amazonas, la falla de taludes en suelos tropicales subyacentes se debe a la acción del movimiento de ascenso y descenso del agua durante la etapa de avenidas y estiaje. Los meandros se desplazan agua abajo originando erosión y sedimentación. La continuación de la deformación del meandro aguas arriba modifica el cauce y origina efectos sobre las riberas durante las etapas de vaciante produciendo graves deslizamientos, que consideramos como un fenómeno de vaciamiento rápido que afecta al talud, pues en muy poco tiempo el río baja, un promedio de 12 m. El vaciamiento rápido es interpretado en la geotecnia corno un proceso que aumenta la deformación no-drenada de la zona saturada en los taludes afectados. En este caso el desequilibrio producido por el vaciado rápido del río hace quedar agua contenida dentro de la estructura porosa del suelo pues su nivel no baja a la misma velocidad que el nivel de agua del río, lo que origina mayor peso del cuerpo del talud y aumento de la presión intersticial dentro del suelo, efecto que hace disminuir la resistencia al esfuerzo cortante del suelo que conforma el talud y que aunado a los efectos del río ya indicados, hace que se originen los deslizamientos cuando no ha sido posible evacuar o disipar rápidamente el agua que quedó entrampada dentro del suelo que conforma el talud. Contrariamente a los efectos del descenso del agua, la subida del nivel de agua en el río origina confinamiento del pie del talud por las presiones de la masa de agua y la coincidencia de los niveles futuros con el nivel del río equilibran las cargas hidrostáticas y por lo tanto se anula el desequilibrio que causa inestabilidad en los taludes estudiados. Es por esto que a esta etapa la consideramos como no-crítica con respecto a la anterior de bajada del agua en el río que coincidentemente es en la que se han producido el mayor número de deslizamientos importantes.

SOLUCION

Todos estos problemas los hemos venido estudiando desde antes del año 1948, sobre todo en las riberas del Río Amazonas frente a la ciudad de Iquitos. En los últimos años, para estudiar estos problemas, se instaló una adecuada instrumentación geotécnica en las áreas críticas donde ocurren los graves deslizamientos ya mencionados. Con el fin de establecer los movimientos laterales y/o generación de presiones de agua indeseables en el suelo tropical involucrado en estos taludes naturales, se colocaron numerosas estaciones inclinométricas y piezométricas con aparatos de tecnología reciente que han permitido definir automáticamente perfiles de desplazamiento y presiones de poro que afectan a estos suelos de selva durante los periodos críticos de descenso de nivel del río. las medidas tomadas entre 1996 a 1997 y entre y 1999, se puede apreciar que ahora los movimientos en promedio no son muy significativos y que comparados con el movimiento del Río se puede establecer que en la etapa crítica de descenso del nivel de agua se produce un movimiento hacia adelante en dirección del Río, mientras que en el ascenso o subida del nivel de agua ocurre lo contrario como si se produjera un movimiento basculante del talud. Esto nos indica que cualquier obra de defensa o sostenimiento debe diseñarse lo más flexible posible y no muy rígida pues esto último determinará mayores costos para que la obra sea estable. Con respecto a las medidas piezométricas los resultados del monitoreo geotécnico en zonas donde se han instalado sistemas de sub-drenaje en taludes de suelos saprolíticos, indican que en general la disipación de las presiones intersticiales en la mayor parte de casos se ha efectuado en correspondencia con el descenso y ascenso del nivel de agua, determinándose así un buen comportamiento del sistema de drenaje que fuera instalado en las zonas críticas. Los piezómetros que fueron instalados en la zona del deslizamiento más reciente (1994) en riberas del Río Amazonas, donde no se practicó ningún sistema de drenaje profundo ni tratamiento para sostenimiento, desde el inicio sus lecturas mostraron irregularidades con respecto a la disipación de las presiones de poro acumuladas después del descenso del río. Los resultados indican que, en los estratos arenosos durante la etapa crítica, las presiones intersticiales medidas en esta zona arrojan un máximo de hasta 111 kPa, medido en el periodo 19981999 y un mínimo de 12 kPa medido en el periodo 1996-1997, considerándose un promedio de todas las lecturas en 59 kPa. Para las arcillas, durante la etapa crítica se midieron máximos hasta de 106 kPa en el periodo 1998-1999, y de 50 kPa como mínimo para el periodo 1996-1997, ocurriendo un promedio de medidas de 77 kPa para las presiones neutras generadas por el descenso del agua en el Río Amazonas, Los análisis de estabilidad de taludes efectuados en condiciones de presión de poro alta arrojan factores de seguridad menores que la unidad, sin embargo, cuando se instala un sistema de subdrenaje adecuado, los cálculos en el mismo talud pero con presiones neutras disipadas y por lo tanto más bajas, los factores de seguridad son superiores y en este caso aseguran la estabilidad del conjunto, lo que indica que la mejor solución no necesariamente son las estructuras de retención de cualquier tipo, sino la inclusión de un buen sistema de drenaje. Para el cálculo de estabilidad de estos taludes pueden tomarse las condiciones especiales ya mencionadas del mecanismo de falla probable, esto es, un efecto de vaciamiento rápido similar al de una presa de berra. Para ello será necesario

estimar la resistencia al esfuerzo cortante reproduciendo en el laboratorio el fenómeno ocurrido en el campo por medio de ensayos triaxiales tipo consolidado no-drenado (rápido consolidado) o bien siguiendo las recomendaciones de Lowe y Karafiath (1960), que indican compactar el espécimen con su peso unitario y humedad de campo. Después se satura y es colocado en el aparato triaxial y se aplica un σ3 igual a la presión de campo con el nivel del Río al máximo y al mismo tiempo se aplica un σ1 = 2 σ3 que representa la condición del suelo arcilloso en su vida anterior al momento del descenso del nivel del río. De manera que en la primera etapa de la prueba triaxial el espécimen se consolida en condiciones un tanto diferentes a las hidrostáticas usuales (σ1 = σ3) utilizando un estado de esfuerzos en que σ1 = 2 σ3. A continuación, en la segunda etapa el espécimen se lleva a la falla sin permitir drenaje adicional, obteniéndose resultados aceptables para el proyecto correspondiente. Otra forma de obtener los valores probables de resistencia al cortante puede hacerse por medio de retro análisis (back analysis) siempre que las condiciones prevalecientes antes del deslizamiento sean reproducidas adecuadamente y permitan obtener valores aproximados de los parámetros geotécnicos para evaluar la estabilidad de los taludes. El análisis de taludes naturales y el diseño de taludes en cortes, en base a los métodos clásicos, requiere del establecimiento de valores aceptables del factor de seguridad. Frecuentemente es necesario, en terrenos de suelo residual, trabajar a valores del Factor de Seguridad muy bajos, debido a lo empinado del terreno o el costo excesivo para adoptar valores más altos. El diseño “standard” de seguridad de taludes (esto es, la probabilidad de falla) debe por lo tanto estar lógicamente gobernada por las consecuencias de falla en términos de pérdida de vida, daño a la propiedad, y la interrupción de comunicaciones y servicios. La práctica adoptada en Hong Kong (Oficina de Control Geotécnico, 1979) es que el factor de seguridad del diseño está relacionado con la categoría de riesgo (Tabla I). La categoría de riesgo para un talud en particular se tasa en términos de la posibilidad de pérdidas de vida en caso de falla del talud. Típico de taludes de alto riesgo son los taludes cortados inmediatamente adyacentes a escuelas y bloques de departamentos ocupados. Un ejemplo un talud de bajo riesgo es uno que sólo amenaza un camino secundario. En el caso de los taludes de las riberas del Río Amazonas podemos tomar un riesgo intermedio, con categoría de significativo.

9. PROBLEMAS DE CIMENTACIONES EN SUELOS TROPICALES

SINOPSIS En la Amazonía peruana los suelos tropicales son abundantes, ocupan las dos terceras partes del territorio y presentan propiedades y mecanismos que controlan su comportamiento mucho más complejo que los suelos transportados del resto del país. En este trabajo se hace una evaluación de la geología , geomorfología y clima de la Amazonía peruana, correlacionándola con el tipo de suelo resultante y a partir de un tratamiento estadístico de los datos existentes y la aplicación de métodos de clasificación convenientemente adaptados a los suelos residuales de la selva amazónica peruana, se establecen algunas correlaciones empíricas entre los parámetros de identificación y el probable comportamiento de estos suelos; complementándose con resultados de ensayos efectuados para evaluar la actividad de la cal como estabilizante de estos materiales geotécnicos que presentan contenidos de humedad natural superiores al óptimo de los ensayos Proctor de laboratorio.

1. PROBLEMA DE INESTABILIDAD DEL km 134+800 al 134+940 (mexico) Uno de los más notorios problemas de inestabilidad que se presentaron durante la construcción del tramo en cuestión, ocurrió durante la conformación de un terraplén en balcón (Fig. 1), ubicado en la ladera izquierda del cañón en cuyo fondo escurre el río Mazantla. El citado terraplén de casi 200 m de largo con 15.5 m de corona, inclinación de talud 1.7:1 (casi 30°), y diseñado para alcanzar una altura máxima del orden de 42 m, con respecto al pie de su talud derecho, falló súbitamente al alcanzar el 75% de dicha altura.

Según la descripción del percance relatada por personal de la Obra, éste ocurrió alrededor de las 01:30 horas de la madrugada, del día 29 de abril, del año 2006, movilizándose súbitamente casi 100,000 m3 de material, sin que se presentase previamente grieta alguna, o algún otro síntoma de inestabilidad. Tampoco hubo lluvias en la fecha en que ocurrió la falla, ni en los 60 días que le precedieron. Por causa de la falla y activado por su energía potencial que se transformó en cinética, el material, convertido en un líquido viscoso, fluyó colina abajo, alcanzando a chocar frontalmente con la ladera derecha del valle, ubicada a casi 100 m de la base del citado terraplén, después de lo cual giró a la izquierda, en el sentido de la pendiente de escurrimiento del río Mazantla, donde alcanzó a desplazarse adicionalmente algo más de 200 m.

Solución al problema Después de ocurrida la falla se analizaron diferentes alternativas de solución para la vialidad en construcción, algunas de ellas basadas en la reconstrucción del terraplén fallado, y otra, que fue la finalmente elegida, consistió en construir un viaducto sobre la zona fallada, como se observa en la Figura 9.

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES