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XII JORNADAS GEOTECNICAS DE LA INGENIERIA COLOMBIANA Y V FORO SOBRE GEOTECNIA DE LA SABANA DE BOGOTA ELABORACION DE MODELOS CONCEPTUALES DE DESLIZAMIENTOS EN SUELOS RESIDUALES EN COLOMBIA

Jaime Suárez Díaz Profesor Escuela de Ingeniería Civil Universidad Industrial de Santander

RESUMEN

Los deslizamientos de tierra son un lugar común en los suelos residuales de los Andes Colombianos. Estos movimientos en masa están relacionados con varios elementos fundamentales, los cuales se requiere tener un cuenta en la elaboración de los modelos conceptuales que se requieren para analizar los mecanismos de falla y diseñar las medidas de manejo, control o estabilización. Adicionalmente a los levantamientos topográficos se requiere caracterizar la litología y Formación Geológica. Para cada formación geológica se presenta una serie de mecanismos de falla característicos de la formación. La profundidad e intensidad de la meteorización y la fracturación de los materiales modifican substancialmente el comportamiento de los suelos residuales. La hidrología tiene un gran efecto no solamente en la activación de los movimientos sino también en el mecanismo de falla. Es fundamental además, elaborar el modelo conceptual hidrogeológico en el cual se deben incluir los mecanismos de infiltración, transporte y acumulación de agua dentro de los suelos y rocas. La Sismicidad completa la lista de los elementos fundamentales. La elaboración de los modelos conceptuales es esencial para diseñar adecuadamente las obras de estabilización. Los modelos determinísticos (Cálculos de factores de seguridad) son solo una herramienta y deben representar hasta donde sea posible los elementos básicos de los modelos conceptuales. Introducción La elaboración de modelos conceptuales es una de las actividades previas fundamentales para el diagnóstico y estabilización de los problemas de deslizamientos, especialmente en suelos residuales en ambientes tropicales donde la heterogeneidad de los materiales y la variedad de parámetros fundamentales dificulta el análisis determinístico. En el presente documento se describen algunos de los elementos que se deben tener en cuenta para la elaboración de los modelos conceptuales.

1. La Litología y Formación Geológica Cada litología dentro de una formación geológica posee un determinado patrón de comportamiento. Si el material que conforma el talud es homogéneo, el modelo conceptual es muy sencillo. Sin embargo, cuando el talud está formado por varios tipos de roca o suelo, el comportamiento geotécnico del conjunto es diferente al de cada material por separado y este es el caso de los suelos residuales donde el material completamente descompuesto tiene un comportamiento muy diferente al del material menos descompuesto al saprolito o a la roca. En los taludes donde aparecen varios materiales diferentes se debe elaborar un modelo que incluya todos los materiales, cada cual con su comportamiento característico pero al mismo tiempo se debe analizar el comportamiento conjunto de los diversos materiales. Se debe tener en cuenta tanto la estructura como la microestructura de las partículas que conforman el suelo y la roca, su fábrica y su textura. 2. La Meteorización En los ambientes tropicales dominados por temperaturas altas y cambiantes y por lluvias abundantes, la meteorización de los materiales es muy fuerte, caracterizándose por la descomposición rápida de feldespatos y minerales ferromagnesianos, la concentración de óxidos de hierro y aluminio y la remoción de Sílice y de las bases de Na2O – K2O – CaO y MgO (Gidigasu, 1972). Los feldespatos se meteorizan inicialmente a Kaolinita, Oxidos de Hierro y Oxidos de Aluminio y los compuestos más resistentes como las partículas de Mica y Cuarzo permanecen. La meteorización de rocas y cenizas volcánicas conducen a la formación de Montmorillonitas, Aloysitas, óxidos de hierro y aluminio en etapas iniciales de la meteorización y finalmente se pueden formar Caolinitas, Esmectitas y Gibsitas (González y Jiménez, 1981). Algunas rocas que contienen sales (NaCl), Cal (CaSO4) y Yeso (CaSO4-2H2O) se disuelven fácilmente en agua, especialmente en presencia de CO2, acelerando los procesos de meteorización. A medida que el proceso de meteorización continúa los contenidos de Caolinita disminuyen y se alteran los demás compuestos a Fe2O3 y Al2O3. Existen investigaciones que demuestran la disminución de los contenidos de Caolinita, con el aumento del promedio anual de lluvias (Lohnes y Demirel, 1973). Entre los factores que se deben tener en cuenta están la profundidad de meteorización, la intensidad y el tipo de meteorización. Por ejemplo, se debe indicar si la meteorización termina en arcillas, arenas o limos. 3. La Tectónica y Fracturación La tectónica produce dos efectos: fallamiento y fracturación, y estos dos elementos deben incluirse en el modelo conceptual. Las discontinuidades juegan un papel importante en las fallas de los materiales residuales. Si se encuentran abiertas actúan como conductores de agua y activadores de presiones de poro. El agua al hacerse presente dentro de la junta produce meteorización de sus paredes debilitándolas. Adicionalmente, se depositan materiales blandos dentro de la junta. 4. La Hidrología El clima y en especial la precipitación juegan un papel determinante en la estabilidad de los taludes. Las precipitaciones de tipo convectivo son muy fuertes pero de corta duración y afectan principalmente los taludes de materiales permeables de alta capacidad de infiltración. La precipitación estratiforme produce lluvias menos intensas pero generalmente de mayor duración que las convectivas y afectan fácilmente los taludes de materiales arcillosos. Las anomalías climáticas permiten la ocurrencia de lluvias excepcionales en zonas semiáridas generando problemas acelerados de deslizamientos y avalanchas.

5. La Hidrogeología Es muy importante la elaboración del modelo hidrogeológico conceptual. El modelo debe tener en cuenta las zonas de infiltración arriba de los taludes incluyendo la infiltración a muchos kilómetros de distancia, siempre y cuando esta agua pueda afectar los niveles freáticos y corrientes de agua. Otros factores a tener en cuenta son la conductividad hidráulica mejor conocida como permeabilidad y la porosidad de los materiales del talud. La conductividad facilita la llegada de corrientes de agua y la porosidad afecta la capacidad de almacenamiento de agua en el talud. 6. La Sismicidad La sismicidad de la zona andina Colombiana es alta. Los movimientos sísmicos pueden activar deslizamientos de tierra. En el caso de un sismo existe el triple efecto de aumento de esfuerzo cortante, disminución de resistencia por aumento de la presión de poros y deformación asociados con la onda sísmica, pudiéndose llegar a la falla al cortante y hasta la licuación, en el caso de suelos granulares saturados. Elaboración de modelos conceptuales Un modelo conceptual es una representación del comportamiento de la ladera o talud. El modelo puede incluir gráficas de planta y perfiles con sus respectivos textos o memorias descriptivas del efecto de todos y cada uno de los elementos fundamentales que afectan la estabilidad del talud específico. El modelo debe ser lógico y fácilmente entendible y no debe incluir información que no sea relevante y determinante en el proceso de inestabilidad. Con posterioridad a la elaboración del modelo conceptual se puede proceder a elaborar el modelo determinístico para calcular los factores de seguridad o el modelo de elementos finitos esfuerzodeformación. Los modelos determinísticos deben ser una resultante de los modelos conceptuales. Elementos fundamentales a tener en cuenta en la elaboración de modelos conceptuales de deslizamientos. Tema

Elementos fundamentales

La litología y formación geológica

Tipo de formación. Tipo de roca parental. Proceso de formación del suelo. Minerología. Propiedades de cada uno de los materiales presentes en el talud. Profundidad de meteorización. Tipo de meteorización variable con la profundidad. Materiales producto de la meteorización. Elementos tectónicos presentes. Discontinuidades. Rumbo y buzamiento de cada una de las discontinuidades. Separación y abertura de cada discontinuidad. Aspereza y relleno. Precipitaciones promedio. Lluvias máximas. Tipo de lluvia. Duración de las lluvias. Areas de infiltración. Recarga interna de agua. Conductividad hidráulica. Porosidad. Fuentes sísmicas. Magnitud e intensidad. Aceleraciones y desplazamientos en los sismos esperados.

La meteorización

La tectónica y fracturación

La hidrología La hidrogeología La sismicidad

Procedimiento para la elaboración de modelos conceptuales a. Caracterización de todos y cada uno de los elementos fundamentales. b. Representación gráfica y descripción escrita de las características de cada uno de los elementos. c. Elaboración de un modelo gráfico y escrito del conjunto de todos los elementos incluyendo la interacción entre ellos. d. Calibración del modelo en campo analizando deslizamientos existentes. e. Elaboración de los modelos determinísticos para el cálculo de factor de seguridad.

Referencias Gidigasu, M.D. (1972). “Mode of formation and geotechnical characteristics of laterite materials of ghana in relation to soil forming factors”. Engineering geology, Amsterdam, Vol. 6, No. 2, p.p. 79-150. González L., Jiménez J. (1981). “Engineering geology of the tropical volcanic soils of La Laguna, Tenerife”. Engineering geology. Vol. 17, No. 1, p.p 1-17. Lohnes R., Demirel T. (1973). “Strensth and structure of laterites and lateritic soils”. Engineering geology, Amsterdam, Vol. 7, No. 1, p.p. 13-33. Suárez J. (1998). “Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en Zonas Tropicales”. Ediciones UIS. 548p.