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ESTABILIDAD DE TALUDES INTRODUCCION Se conoce con el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las masas de tierras. Se puede definir taludes como: Son lab obra, íioiiiialmeiue de liena, que be construyen a ambos lados de la vía (lanío en excavaciones con en terraplén) con una inclinación tal que garanticen la estabilidad de la obra. Los taludes tienen zona de emplazamiento que comprende, además de la vía, una franja de terreno a ambos lados ele la misma. Su objetivo es tener suficiente terreno en caso de ampliación futura de la carretera y atenuar en gran medida, los peligros de accidentes motivados por obstáculos dentro de dicha zona, los cuales deben ser eliminados. 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 la génesis 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. También se producen taludes en los bordes de una excavación que se realice a partir del nivel del terreno natural, a los cuales se suele denominar taludes de la excavación. No hay duda de que el talud constituye la estructura más complejo de las vías terrestres; por eso es preciso analizar la necesidad de 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. A diferentes inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material terreo por mover y por lo tanto, diferentes costas.

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 y los de los terraplenes. 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 privaron a lo largo de tal historia y de la influencia que el hombre ejerce en la actualidad o haya ejercido en el pasado.

I.

OBJETIVOS.

Conocer los factores que intervienen en la estabilidad de los taludes. ^ Identificar las fallas más comunes de Estabilidad y deslizamiento. Conocer los métodos correctivos mecánicos para la corrección de las fallas de los taludes así como los métodos de cálculo.

II.

GENERALIDADES.

Dentro de los taludes artificiales también existen en las vías terrestres diferencias esenciales entre los cortes y los terraplenes. Estos últimos constituyen una estructura que se construye con un material relativamente controlado o que, por lo menos en principio, se puede controlar; en los cortes. Otro aspecto que genera confusión dentro de la concepción del problema "estabilidad de taludes" es, el que emana de la extraordinaria complejidad lo que ha dado en llamarse "falla de talud".

Las fallas de talud se definen en términos de derrumbes o colapso de toda índole, que no dejan duda en pensar que ha ocurrido algo que pone en sino entredicho la función estructural; o en términos de movimientos excesivos, al grado

de

ser

incompatibles

con

la

concepción

ingenienil

del

comportamiento del talud y con la función para la que fue constituido. Esto radica, más bien, en la gran variedad de fenómenos que por lo general se involucran en el concepto; una falla rotacional, que afecte al grupo entero del talud y su terreno de cimentación, puede comprometer su función estructural tanto como un corrimiento trasnacional de una gran parte de la estructura o como el deslizamiento lento y superficial de una ladera natural. Es urgente, pues, diferenciar los múltiples modos por los que un talud puede llegar a no cumplir la función que se la haya asignado o a un eventual colapso, viendo cada modo como un problema distinto, en génesis, planteamiento y solución. El ingeniero, como es usual, analiza estos problemas tratando de extraer los suficientes conocimientos de carácter general como para poder establecer un modelo matemático en el que analiza la estabilidad sea una simple cuestión de lápiz y papel y aplicación de tal o cual procedimiento matemático o secuencia de cálculo algebraico.

III.

ATECEDENTES Y DEFINICIONES.

Los taludes son masas de tierra (suelo o roca) que presentan inclinación con respecto a la horizontal. Los taludes se clasifican según su formación en: * Naturales (laderas) y * Artificiales como cortes, terraplenes y excavaciones Uso de los taludes. Presas de materiales graduados Cortes y terraplenes en carreteras y ferrocarriles Excavaciones para cimentar edificios o alojar vialidades Canales Acceso a puentes carreteros Nomenclatura de un talud

EL costo del talud depende de su longitud, para β = 90° el talud es económico El término estabilidad de taludes se refiere a dos aspectos:

Estudio de la estabilidad de taludes existentes, Análisis y diseño de cortes, terraplenes y excavaciones, de tal forma que se satisfagan los requisitos de seguridad El análisis de estabilidad de un talud consiste en determinar: Las fuerzas o momentos actuantes (esfuerzos cortantes) y Las fuerzas o momentos resistentes, (resistencia al esfuerzo cortante)

III.1. Causas de fallas más comunes Los procesos responsables de fallas en taludes se dividen en:

Causas externas que producen un aumento de los esfuerzos cortantes, tales como: - Peso del bloque deslizante y sobrecarga en la parte superior del talud (relleno) - La lluvia que provoca la presencia de agua en grietas o empuje hidrostático lateral -Fuerzas de filtración por vaciado rápido en laderas naturales o terraplenes parcialmente sumergidos, - Vibraciones y fuerzas sísmicas. Causas internas que disminuyen la resistencia al esfuerzo cortante, tales como: - Presión de poro y, - Excavación en el pie del talud La colocación de relleno en la parte superior del talud y la excavación en el pie del talud son dos procesos comunes que afectan a carreteras III.2. Tipos de fallas más comunes

Los mecanismos de falla en taludes se escogen dependiendo de la posibilidad de ocurrencia, los más comunes en taludes naturales o artificiales son: 1. Deslizamiento superficial, laderas, Figura No. 1 El talud esta sujeto a fuerzas naturales que tienden a provocar que porciones de suelo próximas a la superficie, deslicen hacia abajo a causa de la falta de esfuerzo confinante. Esta zona queda sujeta a un flujo viscoso que se desarrolla con lentitud. Causas: Aumento de las cargas actuantes en la corona del talud, disminución de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo y la presencia de planos de falla predefinidos por consideraciones geológicas. Efectos: Movilización de una gran cantidad de material, el proceso es muy lento, se detecta por que la inclinación de árboles y por la acumulación de suelos.

1.- Deslizamiento en laderas sobre superficies de falla preexistentes, Figura No. 2 Este fenómeno es peligroso en laderas y generalmente abarca áreas tan importantes que cualquier solución para estabilizar una estructura alojada en esa zona escapa de los limites económicos, no quedando mas recurso que un cambio en la localización de la obra. Por lo general, los planos de falla son definidos por estructuras y procesos geológicos. Se presentan dos casos: El deslizamiento superficial de laderas formadas por depósitos de talud sobre otros materiales firmes estratificados sigue la inclinación de la ladera. En este caso se observan con frecuencia superficies de falla planas, que siguen los contactos entre los depósitos de talud y los materiales mas resistentes de apoyo. Un caso particular son los planos de falla en suelos residuales: en general, los fenómenos de intemperismo han provocado un plano paralelo a la inclinación del talud, el plano de falla es el contacto del suelo residual con la roca madre. El deslizamiento de mecanismos de falla poco superficiales es producto del proceso de deformación bajo esfuerzos cortantes en partes más profundas, debidas a la estratigrafía heterogénea y a flujos de agua estacionales en el interior de la ladera. Este tipo de fallas se presenta en materiales cohesivos, donde las fuerzas gravitacionales actuantes por largo tiempo producen deformaciones grandes, que

llegan a generar la superficie de falla. Una vez generada la superficie, la resistencia disponible a lo largo de ella será la resistencia residual correspondiente a los materiales en contacto.

2.- Flujos, laderas, Figuras Nos. 3 y 4 Son movimientos rápidos en laderas naturales, es el flujo de un liquido viscoso. No existe, en si, una superficie de falla, o esta se desarrolla al inicio del fenómeno. Estas fallas ocurren principalmente en suelos arenosos y suelos cohesivos totalmente saturados, ver Figura No. 4, pero también pueden ocurrir en cualquier formación geológica no cementada como fragmentos de roca. También los flujos pueden ocurrir en materiales secos, ver Figura No. 3, este fenómeno se asocia a la presión de aire (succión), en los que éste juega un papel análogo al del agua en los fenómenos de licuaron de suelos.

3.- Falla por movimiento del cuerpo del talud, laderas y taludes artificiales, Figuras Nos. 5, 6, 7 y 8 Son movimientos bruscos que afectan a masas considerables de suelo, con superficies de falla que penetran en el cuerpo del terraplén. Dentro de estos existen dos tipos claramente diferenciados: Superficies de falla curva, ver las Figuras Nos. 5 y 6, por facilidad esta superficie puede asimilarse a una circunferencia, fallas por rotación. Las fallas por rotación pueden presentarse por: I el cuerpo del talud, falla local II el pie del talud III la base del talud (terreno de cimentación) Falla a lo largo de un plano en el cuerpo del talud o en su terreno de cimentación, ver la Figura No. 7. Estos planos débiles suelen ser horizontales o muy poco inclinados respecto a la horizontal, fallas por traslación. La combinación de ambas fallas se presenta en la Figura No. 8, falla compuesta.

4.- Fallas por erosión, laderas y taludes artificiales, Figura No. 9 Son fallas superficiales provocadas por arrastre constante del viento, el agua y la gravedad, de materiales sueltos en la superficie de los taludes. El fenómeno es tanto mas notorio cuando mas empinadas sean los taludes. Una manifestación típica del fenómeno suele ser la aparición de irregularidades en el talud, originalmente uniforme. Desde el punto de vista teórico esta falla suele ser imposible de cuantificar detalladamente, pero la experiencia ha proporcionado normas que la atenúan, si se aplican cuidadosamente.

Es común este tipo de falla en formaciones rocosas, volteo. La falla se debe principalmente a planos de deslizamiento preexistentes que por acción de la presión de agua o un sismo pierden se estado de equilibrio y vuelcan talud abajo.

5 Falla por falta de capacidad de carga en el terreno de cimentación Esta falla se presenta cuando el terreno de cimentación no es lo suficientemente resistente como para soportar la carga transmitida por el talud. Un caso particular es la falla por licuación en la base del talud, estas fallas ocurren cuando en la zona de deslizamiento el suelo pasa rápidamente de una condición firme a la correspondiente a una suspensión con perdida casi total de resistencia al esfuerzo cortante. El fenómeno puede ocurrir tanto en arcillas sensitivas como en arenas poco compactas.

IV. REVISIÓN DE LA ESTABILIDAD El análisis de la estabilidad de taludes consiste en verificar que no se presenten estados límites de falla y de servicio. Los estados límite de falla son: por falla local o general del talud por rotación, traslación y/o volteo y por desprendimientos asociados a defectos naturales o agrietamientos debidos a la excavación, y de servicio: alteración inaceptable de la geometría del talud por intemperización y erosión superficial. Los parámetros de resistencia requeridos para el análisis de estabilidad de taludes, deberán determinarse recurriendo al tipo de prueba que mejor represente las condiciones de drenaje que prevalezcan en el sitio, durante las diversas etapas de la vida útil de la obra. En la revisión de la falla local y general del talud, se usa un método de equilibrio límite considerando superficies de falla cinemáticamente posibles. El factor de resistencia que deberá aplicarse en la revisión de la falla general del talud, no será mayor 0.6 en condiciones estáticas y de 0.7 en condiciones dinámicas. En condiciones estáticas, para la revisión de la falla general del talud, las fuerzas o momentos actuantes serán afectados por un factor de carga no menor de 1.2 y de uno 1.1 en condiciones dinámicas.

Estabilidad por rotación La revisión de la estabilidad por rotación será aplicable exclusivamente para terrenos que puedan considerase como homogéneos, donde la superficie de falla se podrá aproximar a un circulo.

Estabilidad por traslación La revisión de la estabilidad por traslación será aplicable exclusivamente para terrenos interestratificados, donde la superficie de falla sea plana.

Estabilidad por volteo La falla por volteo, deberá revisarse para taludes en roca o suelos endurecidos en que los planos de debilidad tienen echado muy grande o donde se presentan rocas estratificadas.

Agrietamientos debidos a la excavación Se deberá determinar la zona de agrietamiento que sufrirá el talud debido a la excavación del mismo.

Intemperización y erosión superficial Para la prevención de la intemperización y erosión superficial del talud, se deberán tomar en cuenta los siguientes factores: Ángulo del talud Agrietamiento por descompresión del suelo y/o roca Procedimiento de excavación IV.1 Solicitaciones Las solicitaciones a considerar (ver Figura 10) en el proyecto de estabilización de taludes serán: el peso del bloque deslizante, la presión de agua, las fuerzas de filtración, sobrecargas, vibraciones, fuerzas sísmicas y las debidas a anclas, como se menciona en las siguientes fracciones.

Peso del bloque deslizante Para conocer el peso del bloque deslizante (W) es necesario conocer las fronteras que lo definen: superficie exterior, superficie de falla, grietas de tensión o fisuras preexistentes.

Superficie de falla La forma de la superficie de falla se define de acuerdo con el mecanismo de falla cinemáticamente admisible que puede presentarse y con el análisis de estabilidad que se realice.

Grietas en taludes en roca Las grietas de tensión en un macizo rocoso normalmente se abren en la parte superior del talud como consecuencia de esfuerzos de tensión generados en esta zona por efecto de la excavación y no representan por sí mismas una falla. Las fallas y las familias de fisuras que atraviesan un macizo pueden delimitar bloques inestables que deben ser analizados.

Grietas en taludes en suelo Las grietas de tensión en este tipo de talud se generan comúnmente en suelos cohesivos debido principalmente a la contracción por secado del suelo superficial y a la disminución del esfuerzo confinante debida a la excavación. En la Figura 11 se presentan los factores de reducción (μT) que pueden ser utilizados en la revisión de la estabilidad de un talud en suelo puramente cohesivo con una capa resistente a una profundidad D.

Presión de agua Para el cálculo de la presión de agua en taludes en macizos rocosos, es necesario conocer el régimen de flujo de agua existente en el macizo en cuestión. Una forma conservadora y cómoda, de tomar en cuenta lo anterior es suponer que existe un tirante de agua zW en la grieta de tensión (vector V). La presión a lo largo de la superficie de deslizamiento disminuye según se indica en la Figura 10. Para taludes en suelos cohesivos, con un tirante de agua HW y un estrato duro a una profundidad D, el factor de reducción μW que puede utilizarse en la revisión de la estabilidad, se presenta en la gráfica de la Figura 12.

Flujo de agua en taludes Para taludes analizados con parámetros de resistencia del suelo determinados en pruebas drenadas, se debe tomar en cuenta en su caso, la existencia de un flujo de agua. A partir de la red de flujo se estiman por una parte las presiones intersticiales a considerar en la superficie de falla (Figura 13) y, por otra parte las fuerzas de filtración que actúan sobre la masa potencialmente deslizante.

Sobrecargas Para taludes en suelos cohesivos, con una sobrecarga q y un estrato duro a una profundidad D, el factor de reducción μq que puede utilizarse en la revisión de la estabilidad se presenta en la gráfica de la Figura 14. Para otros casos, la sobrecarga puede considerase como un vector Q, como se muestra en la Figura 10.

Vibraciones Un parámetro importante en el daño de taludes rocosos, es la velocidad máxima de partícula (v) producto de una explosión. Puede relacionarse con la distancia (R) a la que detona una carga de explosivos (We) por cada retardo, en la siguiente forma:

Los valores de α y β tienen grandes variaciones y dependen tanto del tipo de roca como de la forma como se detonan los explosivos. Pueden emplearse los valores indicados en la Tabla 1 considerando v en m/s, R en m y We en N. En el caso de taludes rocosos, se debe limitar la velocidad de la partícula a un valor menor de 0,05 m/s. Para limitar la velocidad de la partícula se debe tomar en cuenta lo indicado en la Tabla 2.

Fuerzas debidas a anclas Cuando un talud es inestable, una de las soluciones para mejorar su estabilidad es emplear anclas. Las fuerzas que imponen estos elementos (F) pueden tomarse en cuenta como se presenta en la Figura 10. Se pueden considerar dos componentes: Uno normal al plano de deslizamiento que aumenta la resistencia por fricción, y otro paralelo al plano de deslizamiento, que se resta de las fuerzas actuantes.

V. EL MÉTODO SUECO DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

Los métodos de análisis límite disponibles para calcular la posibilidad de que se desarrolle un deslizamiento de tipo rotacional en el cuerpo de un talud, al igual que prácticamente todos los métodos de cálculo de estabilidad de taludes, siguen tres pasos fundamentales: 1. Se establece una hipótesis sobre el mecanismo de la falla que se producirá. Ello incluye tanto la forma de la superficie de falla como una descripción cinemática completa de los movimientos que se producirán sobre ella y un análisis detallado de las fuerzas motoras. 2. Se adopta una ley de resistencia para el suelo. Las leyes en uso en la actualidad ya han sido suficientemente discutidas en los cursos anteriores (Ley de Coulomb). Con base en tal ley se podrán analizar las fuerzas resistentes disponibles. 3. Se establece algún procedimiento matemático de "confrontación ", para definir si el mecanismo de falla propuesto podrá ocurrir o no bajo la acción de las fuerzas motoras, venciendo el efecto de las fuerzas resistentes.

V.1 Suelos puramente cohesivos

.

El método sueco aplicado a taludes cuya ley de resistencia se exprese como: s = c. Se trata de analizar los casos en que la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos se expresa con base en los resultados de una prueba sin consolidación y sin drenaje (prueba UU), utilizando esfuerzos totales.

Las fuerzas actuantes, es decir, las que tienden a producir el deslizamiento, son el peso (W del área ABCDA), más cualquier sobrecarga que pudiera actuar en la corona del talud. El peso W se calcula considerando un espesor de la sección unitario en la dirección normal al plano del papel. El momento de las fuerzas motoras podrá expresarse como: Mm= Σ W d (1) que incluye el peso de tierra más las sobrecargas que pudieran existir. Las fuerzas resistentes las generará la resistencia al esfuerzo cortante a lo largo de toda la superficie de falla supuesta y su momento en relación al mismo polo O será: Mr = Cu L R (2) En el instante de la falla incipiente: Mm = Mr y, por lo tanto, se podrá escribir para ese instante: Σ W d = Cu L R (3)

Si se define un factor de seguridad, FS, como:

se podrá expresar la seguridad del talud en términos del valor de FS, siendo evidente que la condición de falla incipiente es FS = 1.

Ejemplo 1 Determíne el factor de seguridad para el talud de la figura siguiente, con respecto al círculo de falla de prueba que se muestra. Las propiedades del suelo son:

Notas: * Se consideró del centro de cada dovela (2.5/2) al eje vertical del círculo ** En este ejercicio no se realizó la corrección de área por dovela θ = 99 ° R = 17.44 m L =π2R*(99/360)=30.13 m Cu = 3.5 t/m² Cu L R = 1839.14 t/m-m ΣWd = 968.26 t/m-m

V.2 Suelos cohesivos – friccionantes: método de las dovelas.

El Método sueco aplicado a taludes cuya ley de resistencia se expresa como: s = cu + σ tan φ De todos los procedimientos de aplicación del Método Sueco a este tipo de suelos, posiblemente el más popular y expedito, en los análisis prácticos, sea el de las

"Dovelas", sugerido por Fellenius (1927). En primer lugar se propone un círculo de falla a elección y la masa de suelo se divide en dovelas, del modo mostrado en la Figura 16.

El número de dovelas es hasta cierto punto cuestión de elección, sin embargo a mayor número, los resultados del análisis se hacen más confiables. El equilibrio de cada dovela puede analizarse como se muestra en la Figura 16-b: donde W; es el peso de la dovela de espesor unitario, las fuerzas Ni y Ti son las reacciones normal y tangencial del suelo a lo largo de la superficie de deslizamiento ΔLi Las dovelas adyacentes a la i-ésima bajo estudio, ejercen ciertas acciones sobre esta, que pueden representarse por las fuerzas normales S1y S2 y por las tangenciales E1 y E2 En el procedimiento de Fellenius se hace la hipótesis de que el efecto conjunto de las cuatro fuerzas laterales es nulo y que por lo tanto, esas fuerzas no ejercen ningún papel en el análisis. También se acepta que el momento que producen las fuerzas T1 y T2, que se consideran de igual magnitud, es despreciable. Estas hipótesis equivalen a considerar que cada dovela actúa independiente de las demás y que las componentes Ni y Ti equilibran al peso Wi de la dovela i-ésima. El momento motor debido al peso de las dovelas puede calcularse como:

El momento resistente es debido a la resistencia al esfuerzo cortante, si , que se desarrolla en la superficie de deslizamiento de cada dovela y vale

si= c + Ni/ΔLi tan(Φ), el cociente Ni/ΔLi se considera una buena aproximación al valor de σn, esfuerzo normal actuante al arco ΔLi

El factor de seguridad se define como: El método de cálculo consiste en un método de tanteos, siendo preciso encontrar el círculo crítico, con el factor de seguridad mínimo. Es común en la práctica aceptar factores de seguridad de 1.2 o 1.3 en la mayoría de los casos y de 1.5 cuando se desea tener mayor seguridad del talud. Ejemplo 2 Determínese el factor de seguridad para el talud de la figura siguiente, con respecto al círculo de falla de prueba que se muestra. Las propiedades del suelo son:

En este ejercicio no se realizó la corrección de área por dovela

V.3. MÉTODO DE TAYLOR PARA EL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES.

(Método del número de estabilidad de Taylor) En 1948, D. W. Taylor propuso un método simple para determinar el factor de seguridad mínimo para un talud en un suelo homogéneo. Mediante el análisis de esfuerzo total basado en el método del círculo de fricción.

Considerando un talud cohesivo y homogéneo con el terreno de cimentación, el número de estabilidad se define por la expresión:

Los valores de N están relacionados con el ángulo del talud β, con el ángulo de la resistencia al corte Φu, y el factor de profundidad D. Como se muestra en las gráficas de las Figuras 18, para ángulos de talud mayores que 53°, el círculo crítico pasa a través del pie del talud y para ángulos de talud menores que 53°, el circulo crítico puede pasar frente al pie, falla de base.

Inicialmente la Figura 17-a se usaba para taludes homogéneos con el terreno de cimentación, sin embargo se han añadido curvas para D = 1, 2, 3 y 4. La Figura 17b se usa para falla de base restringido por un estrato resistente horizontal a una profundidad no mayor de 4H, en la práctica 3H. En la Figura 17-b cuando se restringe el círculo crítico a pasar por el pie, se deben usar las líneas gruesas interrumpidas de la gráfica. El valor de n, que da el punto de emergencia del círculo crítico frente al pie, se puede obtener mediante las líneas delgadas interrumpidas.

Para Φ = 0 Figura 17-b. Grafica de Taylor para determinar el número de estabilidad y el factor de alejamiento en círculos tangentes a un estrato resistente

a) A través del pie cuando Φ = 3° o β > 53° b) Enfrente del pie (base) cuando Φ = 3° o β ≤ 53° Figura 18. Factores que afectan a la localización del circulo crítico Ejemplo 3 Un corte en un suelo cohesivo tiene un talud con un ángulo de 35° y una altura vertical de 8 m. Usando el método de número de estabilidad de Taylor, determínese el factor de seguridad para la falla al corte en los siguientes casos:

a) Cu = 4 t/m2 Φ = 0° γ = 1.8 t/m3 D es grande b) Cu= 4 t/m2 Φ = 0° γ = 1.8 t/m3 D = 1.5 Solución: a) Cuando D es grande, β H/2). - Para suelos con resistencia friccionante (Figura 22), el escalonamiento se hace comúnmente para disminuir la pendiente, detener pequeños derrumbes y caídos y colectar agua. También es importante la función que pueden tener los escalones para proteger el corte contra la erosión del agua superficial, pues reducen la velocidad ladera abajo y el gasto de escurrimiento.

B. Bermas y contrafuertes

Las bermas y contrafuertes son elementos que permiten aumentar las fuerzas resistentes. Bermas Se denominan bermas a masas generalmente constituidas del material del propio talud o de uno similar que se adosan al mismo para darle estabilidad (Figura 23-a).

La berma tiende a hacer que la superficie de falla se desarrolle a mayor profundidad y con una mayor longitud. La sección de la berma debe calcularse por aproximaciones sucesivas en el análisis de la estabilidad del talud

.

Para el caso de

terraplenes, en el inicio de los tanteos se le puede dar la mitad de la altura del terraplén y un ancho igual al de la corona del mismo. Contrafuertes Los contrafuertes son estructuras masivas de concreto o mampostería que se colocan en la base de taludes en macizos rocosos y que proporcionan fuerzas resistentes adicionales, como se ilustra en la Figura 23-b.

C) Empleo de materiales estabilizantes

Este método consiste en añadir al suelo alguna sustancia que mejore sus características de resistencia. Los estabilizadores más comúnmente empleados son el cemento y la cal, siendo sus mecanismos de estabilización similares. Estos productos son silicatos de calcio hidratados (SCH). La cal toma la sílice de las arcillas u otras puzolanas existentes en el suelo para formar un gel de SCH, mientras que el cemento ya contiene ésta sílice. El factor más importante para una buena calidad en los resultados es la realización de un buen mezclado de los estabilizadores con el suelo. Los valores específicos de cualquier propiedad de un suelo estabilizado pueden variar en un amplio rango según el tipo de suelo, tipo y cantidad de estabilizador, condiciones de curado y otros factores. Para el

mejoramiento de suelos de grano fino plásticos y expansivos son típicos niveles de tratamiento con cal del 3 al 8% en peso de suelo seco. El cemento Pórtland en niveles de tratamiento del 3 al 10% en peso de suelo seco es particularmente útil en suelos arenosos y suelos de baja plasticidad. En la práctica los procedimientos de estabilización son costosos, por lo que su uso es limitado. Una de las técnicas utilizadas con mayor frecuencia es la inyección de lechada de cemento. Esta técnica permite dar tratamiento a superficies de falla previamente formadas y relativamente superficiales en materiales duros, tales como lutitas, argilitas y arcillas rígidas y fisuradas; no rinde buenos resultados en materiales flojos y sueltos.

Un programa de inyección requiere de un conocimiento muy preciso de la superficie de falla, respecto a la cual puedan situarse convenientemente los pozos para inyectado. El espaciamiento de los pozos suele estar comprendido entre 3 y 5 m y las operaciones de inyección deben progresar ladera arriba. Se debe tener cuidado en que la presión de inyección de la lechada no ocasione fracturamiento hidráulico en las grietas o fallas existentes, ya que esto puede producir el caído brusco o fracturamiento de masas importantes del material que se esté inyectando.

D) Empleo de estructuras de retención

El uso de muros de contención es muy común para corregir deslizamientos después de que han ocurrido o para prevenirlos en zonas inestables del talud (Figura 24). Los muros de retención para estabilizar taludes se usan comúnmente cuando no hay espacio suficiente para cambiar la pendiente del mismo. También se utilizan para confinar el pie de fallas en arcillas o lutitas, impidiendo la abertura de grietas y fisuras por expansión libre

.

E) Empleo de pilotes

El empleo de pilotes para la estabilización de taludes es más eficaz en deslizamientos superficiales, ya que en deslizamientos profundos se generan fuerzas muy grandes que con dificultad resisten los pilotes, además tales fuerzas hacen que el suelo deslice entre los pilotes. Este método es aplicable en taludes en roca o materiales duros, cuando la fricción a lo largo de la superficie de falla es un factor importante de la estabilidad. En la Figura 25 se muestra un esquema ilustrativo de este método.

F) Anclajes

La estabilidad de los taludes puede mejorarse empleando anclas cuya dirección y diseño depende de las condiciones de cada caso que se analice, como se ejemplifica en la Figura 26. Las anclas desempeñan básicamente dos funciones: la de proporcionar resistencia al corte y a la tensión en taludes inestables que la requieran y la de soportar en forma directa el peso de la cuña deslizante.

Tipos de anclajes Existen básicamente dos tipos de anclas para la estabilización de taludes: las de tensión y de fricción: - Las anclas tensadas ayudan a incrementar el esfuerzo normal en las fallas o discontinuidades, aumentando su resistencia al corte. Cuando el esfuerzo normal es pequeño, su función principal es la de absorber esfuerzos de tensión. - La función de las anclas de fricción es la de soportar los esfuerzos de tensión que el talud es incapaz de resistir. Generalmente, las anclas pre-tensadas no se utilizan en los suelos arcillosos debido a su baja resistencia. En cambio, sí se les utiliza mucho en los suelos firmes. La principal ventaja de esta técnica es que la subestructura puede construirse libre de obstáculos. Sin embargo, los aspectos legales acerca de la penetración de las anclas en el subsuelo de áreas vecinas es todavía un problema y ha sido una causa de serios conflictos.

G) Protección contra la erosión

En los siguientes incisos se describen algunos de los métodos de protección contra la erosión de taludes. Vegetación La plantación de vegetación es un método preventivo y correctivo para la protección de taludes contra la erosión. Cumple dos funciones principalmente; disminuye el contenido de agua en la parte superficial del talud y da consistencia a esta parte por el entramado mecánico de las raíces. Este tipo de protección consiste en la plantación continua de pastos y plantas herbáceas. Sin embargo, es necesario un estudio detallado de las especies vegetales utilizables en cada lugar y región. Hidrosiembra La hidrosiembra es un sistema patentado para la protección de taludes contra la erosión, que consiste en lanzar sobre los taludes una mezcla de fibras orgánicas finamente divididas, fertilizante, semillas y agua. Este sistema permite el control de la erosión, regeneración del ecosistema y mejoramiento del paisaje; mediante la revegetación de taludes en rocas blandas y suelos finos con taludes inferiores a 1 (horizontal): 1(vertical), en climas calurosos y secos. Mantas compuestas Las mantas compuestas es un sistema patentado de protección contra la erosión de taludes, compuesto de materiales sintéticos y vegetales. Existe una gran diversidad de mantas compuestas que pueden emplearse dependiendo de las condiciones naturales que se presentan en los taludes y del tipo de tratamiento que cada caso en particular requiere. Mallas compuestas Existen en el mercado varios tipos de mallas compuestas patentadas. En general, este sistema de estabilización de taludes contra la erosión consiste en la combinación de la hidrosiembra con una malla de alta resistencia (ciclónica o de triple torsión) en algunos casos forrada de PVC, y anclas de fricción que se fijan al

sistema por medio de placas metálicas. Las mallas compuestas representan una solución adecuada para taludes formados por rocas blandas, tobas volcánicas y conglomerados, con ángulos mayores de 60º y problemas de caída de bloques o estabilidad superficial.

VII. RECOMENDACIONES El Ingeniero que esté a cargo de la realización del proyecto de estabilización de taludes, deberá elaborar el informe técnico correspondiente que, como mínimo, deberá contener los antecedentes, objetivos y alcances del proyecto; los datos que se consideraron para la ejecución de los trabajos de campo y de laboratorio, con la descripción explicita de los criterios, métodos y procedimientos utilizados en su ejecución; todas las tablas, figuras y planos elaborados, los registros de campo y de laboratorio y las memorias de cálculo.

VIII. BIBLIOGRAFÍA Comisión Federal de Electricidad, Instituto de Investigaciones Eléctricas e Instituto de Ingeniería, UNAM, Manual de Diseño de Obras Civiles, Geotecnia, B.2.3. Estructuras de Tierra, México, 1983, pp. 26-45 Comisión Federal de Electricidad, Instituto de Investigaciones Eléctricas e Instituto de Ingeniería, UNAM, Manual de Diseño de Obras Civiles, Geotecnia, B.3.1. Estabilidad de Taludes, México, 1980, pp. 1-29 Department of Navy, Naval Facilities Engineering Command, Foundations and Earth Structures, Design Manual 7.1, NAVFAC DM-7.1, Washington DC, USA, May 1982, pp. 309348 Juárez Badillo J. y Rico Rodríguez A., Mecánica de Suelos, Segunda Edición, LIMUSA Editores, Tomo II, Teoría y Aplicación de la Mecánica de Suelos, México D.F., 1993, pp. 255-355 Rico Rodríguez R. y Del Castillo H., La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres, Volumen 1, Carreteras, Ferrocarriles y Aeropistas, Ed. LIMUSA, México, 1974, pp. 273-363 Lambe and Whitman, Mecánica de suelos. Bowles Joseph, Fundation analysis and design.

ESTABILIDAD DE TALUDES ....................................................................................................... 1 INTRODUCCION ..................................................................................................................... 1 I.

OBJETIVOS. ...................................................................................................................... 2

II.

GENERALIDADES. ........................................................................................................... 2

III. ATECEDENTES Y DEFINICIONES. ................................................................................. 4 III.1. Causas de fallas más comunes ............................................................................... 5 III.2. Tipos de fallas más comunes .................................................................................. 6 IV. REVISIÓN DE LA ESTABILIDAD .................................................................................... 14 IV.1 Solicitaciones ............................................................................................................ 15 V. EL MÉTODO SUECO DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ................................................ 21 V.1 Suelos puramente cohesivos. ................................................................................. 21 V.2 Suelos cohesivos – friccionantes: método de las dovelas. ............................... 24 V.3. MÉTODO DE TAYLOR PARA EL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES. ..................... 27 V.4 TALUDES DE LONGITUD INFINITA ................................................................................. 31 VI. MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES ..................................................................... 34 A.

Cambio de la geometría ......................................................................................... 35

B.

Bermas y contrafuertes ........................................................................................... 36

C) Empleo de materiales estabilizantes ....................................................................... 37 D) Empleo de estructuras de retención....................................................................... 38 E) Empleo de pilotes ....................................................................................................... 39 F) Anclajes ......................................................................................................................... 39 G) Protección contra la erosión .................................................................................... 40 VII. RECOMENDACIONES ................................................................................................... 42

VIII. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 42 FACTOR DE SEGURIDAD..................................................................................................... 45 TIPOS DE FALLAS MAS COMUNES EN LOS TALUDES DE LAS VIAS TERRESTRES. . 45 FACTORES GEOMORFOLOGICOS.................................................................................. 45 FACTORES INTERNOS ..................................................................................................... 45

FACTOR DE SEGURIDAD TIPOS DE FALLAS MAS COMUNES EN LOS TALUDES DE LAS VIAS TERRESTRES. FACTORES GEOMORFOLOGICOS FACTORES INTERNOS

1. FALLAS LIGADAS A LA ESTABILIDAD DE LAS LADERAS NATURALES 1.1. DESLIZAMIENTO SUPERFICIAL ASOCIADO A FALTA DE RESISTENCIA POR BAJA PRESION DE CONFINAMIENTO CREP 1.2. FALLAS ASOCIADAS A PROCESOS DE DEFORMACION ACUMULATIVA GENERALMENTE RELACIONADA CON PERFILES GEOLOGICOS.

2. FALLA POR DESLIZAMIENTO SUPERFICIAL 2.1. DESLIZAMIENTO EN LADERAS NATURALES SOBRE SUPERFICIE DE FALLA PREEXISTENTES. 2.2. FALLA POR MOVIMIENTO DEL CUERPO DEL TALUD. 2.3. FLUJOS 2.3.1. Flujo en materiales relativamente secos. 2.3.2. Flujos en materiales húmedos. Flujos de lodos. 2.4. FALLA POR EROSION 2.5. FALLAS POR LICUACION 2.6. FALLO POR FALTA DE CAPACIDAD DE CARGO EN EL TERRENO DE CIMENTACION

2.7. FALLAS RELACIONADAS A LA ESTABILIDAD DE TALUDES ARTIFICIALES. 2.7.1. FALLA ROTACIONAL.

2.8. FALLA TRASLACIONAL 2.8.1. FALLAS CON SUPERFICIES COMPUESTAS. 2.9. FALLAS COMPUESTAS 2.10. FALLAS MULTIPLES TIPOLOGIA DE FALLAS FORMACION DE LA SUPERFICIE DE FALLA Y FALLA PROGRESIVA PROBLEMAS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS RESIDUALES. Perfiles de meteorización típicos en rocas ígneas y metamórficas. PARAMETROS TIPICOS DE RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE DE SUELOS RESIDUALES Y ROCAS PARCIALEMNETE METEORIZADAS. DISENO DE TALUDES TERRAPLENES O MUROS SOBRE SUELOS CON ADECUADA CAPACIDAD DE CARGA. PRINCIPALES SUPOSICIONES EMPIRICAS. ANALISIS DE ESTABILIDAD PARA TALUDES Y TERRAPLENES SOBRE SUELOS CON ADECUADA CAPACIDAD DE CARGA. ANALISIS DE ESTABILIDAD Y ASENTAMIENTOS DE TERRAPLENES TALUDES Y MUROS DESPLANTADOS SOBRE SUELOS CON BAJA CAPACIDAD DE CARGA Terraplenes sobre vacios. Exploración y selección de parámetros de diseño. Propiedades de esfuerzo de diseño. Resistencia a la tensión ultima. Factor de reducción por durabilidad.

Factor de reducción por danos en el sitio. (SDF) FACTORES QUE PRODUCEN FALLAS DE ESTABILIDAD Y DESLIZAMIENTO. METODOS MECANICOS PARA CORREGIR FALLAS EN TALUDES. 1. Metodo de Elusion 2. Metodo de excavación. 3. Abatimiento de taludes. 4. Empleo de bermas y escalonamientos. 5. Empleo de materiales ligeros. 6. Empleo de materiales estabilizantes. 7. Empleo de estructuras de retención. 8. Empleo de pilotes. 9. Empleo de contrapesos al pie de la falla 10. Empleo de Anclajes 11. Uso de explosivos 12.