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Se conoce con el nombre genrico de taludes cuales quiera
superficies inclinadas respecto a la horizontal que hayan de
adoptar permanentemente las masas de tierras.Se definen taludes
como son las obras, normalmente de tierra, que se construyen a
ambos lados de la va con una inclinacin tal que garanticen la
estabilidad de la obra.Una superficie de terreno expuesta situada a
un ngulo con la horizontal se llama talud o pendiente no
restringida, y puede ser natural o construido.Los taludes tienen
zona de desplazamiento que comprende, adems de la va, una franja de
terreno a ambos lados de la misma. Su objetivo es tener suficiente
terreno en caso de ampliacin futura de la carretera y atenuar en
gran medida, los peligros de accidentes motivados por obstculos
dentro de la dicha zona, los cuales deben ser eliminados.No hay
duda de que el talud constituye la estructura ms complejo de las
vas terrestres; por eso es preciso analizar la necesidad de definir
criterios de estabilidad de taludes entendindose, por tales algo
tan simple como el poder decir en un instante dado cual ser la
inclinacin apropiada en un corte o en un terrapln. A diferentes
inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material
trreo por mover y por lo tanto, diferentes costas.
INTRODUCCIN:ESTABILIDAD DE TALUDES
Mecnica de Suelos II11DEFINICIN DE TALUD:Se entiende por talud a
cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan
de adoptar permanentemente las estructuras de tierra. No hay duda
que el talud constituye una estructura compleja de analizar debido
a que en su estudio coinciden los problemas de mecnica de suelos y
de mecnica de rocas, sin olvidar el papel bsico que la geologa
aplicada desempea en la formulacin de cualquier criterio
aceptable.Cuando el talud se produce en forma natural, sin
intervencin humana, se denomina ladera natural o simplemente
ladera. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan
cortes o taludes artificiales, segn sea la gnesis de su formacin;
en el corte, se realiza una excavacin en una formacin trrea natural
(desmontes), en tanto que los taludes artificiales son los lados
inclinados de los terraplenes. En ciertos trabajos de la Ingeniera
Civil es necesario utilizar el suelo en forma de talud como parte
de la obra. Tal es el caso de terraplenes en caminos viales, en
presas de tierra, canales, etc.; donde se requiere estudiar la
estabilidad del talud.En ciertos casos la estabilidad juega un
papel muy importante en la obra, condicionando la existencia de la
misma como puede verse en presas de tierra, donde un mal clculo
puede hacer fracasar la obra.
Mecnica de Suelos II2DEFINICIN DE ESTABILIDAD:Se entiende por
estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la falla o
movimiento. Como primera medida es necesario definir criterios de
estabilidad de taludes, entendindose por tales algo tan simple como
el poder decir en un instante dado cul ser la inclinacin apropiada
en un corte o en un terrapln; casi siempre la ms apropiada ser la
ms escarpada que se sostenga el tiempo necesario sin caerse. Este
es el centro del problema y la razn de estudio.A diferentes
inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material
trreo por mover y por lo tanto diferentes costos. Podra imaginarse
un caso en que por alguna razn el talud ms conveniente fuese muy
tendido y en tal caso no habra motivos para pensar en problemas de
estabilidad de taludes, pero lo normal es que cualquier talud
funcione satisfactoriamente desde todos los puntos de vista excepto
el econmico, de manera que las consideraciones de costo presiden la
seleccin del idneo, que resultar ser aqul al que corresponda la
mnima masa de tierra movida, o lo que es lo mismo el talud ms
empinado.
Mecnica de Suelos II3Conocer los factores que intervienen en la
estabilidad de los taludes.
Identificar las fallas ms comunes de Estabilidad y
deslizamiento.
Conocer los mtodos correctivos mecnicos para la correccin de las
fallas de los taludes as como los mtodos de clculo.OBJETIVOS:
Mecnica de Suelos II4Dentro de los taludes artificiales tambin
existen en las vas terrestres diferencias esenciales entre los
cortes y los terraplenes. Estos ltimos 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 confusin dentro de la concepcin del problema
estabilidad de taludes es, el que emana del extraordinario
complejidad lo que ha dado en llamarse falla de talud. Las fallas
de talud se definen en trminos de derrumbes o colapso de toda
ndole, que no dejan duda en pensar que ha ocurrido algo que pone en
sino entre dicho la funcin estructural; o en trminos de movimientos
excesivos, al grado de ser incompatibles con la concepcin
ingenieril del comportamiento del talud y con la funcin para la que
fue constituido.Es urgente, pues, diferenciar los mltiples modos
por los que un talud puede llegar a no cumplir la funcin que se
haya asignado o a un eventual colapso, viendo cada modo como un
problema distinto, en gnesis, planteamiento y solucin.El ingeniero,
como es usual analiza estos problemas tratando de extraer los
suficientes conocimientos de carcter general como para poder
establecer un modelo matemtico en el que analiza la estabilidad y
aplicacin de tal o cual procedimiento matemtico o secuencia de
clculo algebraico.
GENERALIDADES:Mecnica de Suelos II5FACTOR DE SEGURIDAD:Mecnica
de Suelos II6Se denomina deslizamiento a la rotura y al
desplazamiento del suelo situado debajo de un talud, que origina un
movimiento hacia abajo y hacia fuera de toda la masa que participa
del mismo.Los deslizamientos pueden producirse de distintas
maneras, es decir en forma lenta o rpida, con o sin provocacin
aparente, etc. Generalmente se producen como consecuencia de
excavaciones o socavaciones en el pie del talud. Sin embargo
existen otros casos donde la falla se produce por desintegracin
gradual de la estructura del suelo, aumento de las presiones
intersticiales debido a filtraciones de agua, etc.
Los tipos de fallas ms comunes en taludes son:
Deslizamientos superficiales (creep)Movimiento del cuerpo del
taludFlujos
DESLIZAMIENTOS:Mecnica de Suelos II7
Mecnica de Suelos II8
Cualquier talud est sujeto a fuerzas naturales que tienden a
hacer que las partculas y porciones de suelo prximas a su frontera
deslicen hacia abajo. Se refiere esta falla al proceso ms o menos
continuo, y por lo general lento, de deslizamiento ladera abajo que
se presenta en la zona superficial de algunas laderas naturales.El
creep suele involucrar a grandes reas y el movimiento superficial
se produce sin una transicin brusca entre la parte superficial mvil
y las masas inmviles ms profundas. No se puede hablar de una
superficie de deslizamiento.El fenmeno se pone de manifiesto a los
ojos del ingeniero cuando nota que los rboles y postes estn
inclinados respecto de la vertical, cuando se evidencian
agrietamientos o escalonamientos en el talud.
DESLIZAMIENTOS SUPERFICIALES:Puede ocurrir en taludes
movimientos bruscos que afecten a masas considerables de suelo, con
superficies de falla que penetran profundamente en su cuerpo,
interesando o no al terreno de fundacin. Se considera que la
superficie de falla se forma cuando en la zona de su futuro
desarrollo actan esfuerzos cortantes que sobrepasan la resistencia
al corte del material; a consecuencia de ello sobreviene la ruptura
del mismo, con la formacin de una superficie de deslizamiento a lo
largo de la cual se produce la falla.Estos fenmenos se los denomina
deslizamientos de tierras y puede estudiarse dos tipos bien
diferenciados.
MOVIMIENTO DEL CUERPO DE TALUD:1. FALLA ROTACIONAL:Las fallas
del tipo rotacional pueden producirse a lo largo de superficies de
fallas identificables con superficies cilndricas o conoidales cuya
traza con el plano del papel sea un arco de circunferencia por lo
menos con razonable aproximacin; la cual, como se ver, resulta muy
conveniente en el momento en que se desee establecer algn modelo
matemtico de falla que permita un clculo numrico, o pueden adoptar
formas algo diferentes, en la que por lo general influyen la
secuencia geolgica local, el perfil estratgico y la naturaleza de
los materiales.
Mecnica de Suelos II9Desde luego las fallas rotaciones de formas
circular ocurren por lo comn en materiales arcillosos homogneos o
en suelos cuyo comportamiento mecnico est regido bsicamente por su
fraccin arcillosa. En general afectan a zonas relativamente
profundas del talud, siendo esta profundidad mayor (hablando slo lo
mismo, sin considerar el terreno de cimentacin), cuanto ms
escarpado sea aqul.Las fallas rotacionales circulares pueden ser de
cuerpo de talud o de base; las primeras se desarrollan sin
interesar al terreno de cimentacin en tanto que las segundas se
desarrollan parcialmente en l.
Mecnica de Suelos II102. FALLA TRASLACIONAL:Estas fallas por lo
general consisten en movimientos trasnacionales importantes del
cuerpo del talud sobre superficies de fallas bsicamente planas,
asociadas a la presencia de estratos pocos resistentes localizados
a poca profundidad bajo el talud.La superficie de falla se
desarrolla en forma paralela al estrato dbil y se remata en sus
extremos por dos cantiles, por lo general formados por
agrietamientos.Los estratos dbiles que fomentan estas fallas son
por lo comn de arcillas blandas o de arenas finas o limos no
plsticos sueltos. Con mucha frecuencia, la debilidad del estrato
est ligada a elevadas presiones de poros en el agua contenidas en
las arcillas o a fenmenos de elevacin de presin de agua en estratos
de arena (Acuferos). En este sentido las fallas pueden estar
ligadas tambin al calendario de las temporadas de lluvias en la
regin.
Mecnica de Suelos II11FALLA EROSIN:Estas tambin son fallas de
tipo superficial provocadas por arrastres de viento, agua, etc., en
los taludes. El fenmeno es tanto ms notorio cuando ms empinadas
sean las laderas de los taludes. Una manifestacin tpica del fenmeno
suele ser la aparicin de irregularidades en el talud, originalmente
uniforme. Desde el punto de vista terico esta falla suele ser
imposible de cuantificar detalladamente, pero la experiencia ha
proporcionado normas que la atenan grandemente si se las aplica con
cuidado.
FALLA POR LICUACN:Estas fallan ocurren cuando en la zona del
deslizamiento el suelo pasa rpidamente de una condicin ms o menos
firme a la correspondiente a una suspensin, con prdida casi total
de resistencia al esfuerzo cortante.Estas fallas ocurren en
arcillas extra sensitivas y arenas poco compactas, las cuales, al
ser perturbadas, pasan rpidamente de una condicin ms o menos
estable o una suspensin, con la prdida casi-total de la resistencia
al esfuerzo cortante. Las dos causas que puede atribuirse esa
prdida de resistencia son: incremento de los esfuerzos cortantes
actuantes y desarrollo de la presin de poros correspondiente, y por
el desarrollo de presiones elevadas en el agua intersticial, quizs
como consecuencia de un sismo, una explosin.FALLAS MLTIPLES:Se
trata ahora de estudiar aquellas fallas que se producen con varias
superficies de deslizamientos, sean simultaneas o en rpida sucesin.
Conviene distinguir las fallas sucesivas y las regresivas. Ambas
son comunes en laderas naturales en las que se practicas un
corte.Mecnica de Suelos II12FLUJOS:Se refiere este tipo de falla a
movimientos ms o menos rpidos de una parte de la ladera natural, de
tal manera que el movimiento en s y la distribucin aparente de
velocidades y desplazamientos recuerda el comportamiento de un
lquido viscoso. La superficie de deslizamiento o no es distinguible
o se desarrolla durante un lapso relativamente breve; es tambin
frecuente que la zona de contacto entre la parte mvil y las masas
fijas de la ladera sea una zona de flujo plstico. El material
susceptible de fluir puede ser cualquier formacin no consolidada, y
as el fenmeno puede presentarse en fragmentos de roca, depsitos de
talud, suelos granulares finos o arcillas francas; son frecuentes
los flujos en lodo.Mecnica de Suelos II13Flujo en materiales
relativamente secos:En este grupo quedan comprendidos, en primer
lugar, los flujos de fragmentos de roca, desde los muy rpidos
(avalanchazas) hasta los que ocurren lentamente. Estos movimientos
pueden explicarse en trminos de la falla plstica de los contactos
profundos entre los fragmentos de roca y, consecuentemente, afectan
siempre grandes masas de fragmentos y suelen ser de catastrficas
consecuencias. En segundo lugar, los flujos en suelos,
relativamente secos ha ocurrido en loess, asociadas muchas veces a
temblores. En este caso, aparentemente, el efecto del temblor fue
causar una muy rpida destruccin de la estructura del material,
produciendo una verdadera licuacin, pero con el aire jugando el
papel que en estos fenmenos por lo comn corresponde al agua.Mecnica
de Suelos II14Flujos en materiales hmedos. Flujos de lodosSe trata
ahora de flujos que requieren un proporcin apreciable de agua
contenida en el suelo, la cual desempea un papel en la gnesis y
naturaleza de la falla; existe amplia graduacin en la cantidad de
agua que pueden contener los materiales, as como en el papel que
sta llega a tener en el desarrollo de la falla.Los flujos en
materiales hmedos se denominan flujos de lodo cuando es muy elevado
el contenido de agua de los materiales, por lo menos en la zona de
fluencia, pero naturalmente no hay una distincin clara entre los
flujos de tierra y los flujos de lodo. A veces se habla tambin de
flujo de detritus, cuando el material que fluye contiene
porcentaje, apreciable del orden un 50%, por lo menos de graves,
boleos o fragmentos de rocas, embebidos en la matriz, de suelo ms
fino, tal como es comn que suceda en los depsitos de talud o en
muchas laderas de suelos residual.
Mecnica de Suelos II15MTODOS DE ESTABILIZACIN DE TALUDES
Excavacin
Drenaje
Contrafuerte de Tierra o Roca (Bermas de Relleno)
Estructuras de Retencin
Tcnicas Especiales
Mecnica de Suelos II16MTODO APLICABLE
COMENTARIOSEl rea debe ser accesible al equipode construccin. Se
requiere de un lugar apropiado para colocar el sueloexcavado.
Algunas veces se incorporadrenaje a este mtodo.ESQUEMA2. Tendido el
ngulo del talud.3. Excavar banqueta en la partesuperior del
talud.4. Excavar completamente la masa dedeslizamiento.
1. Reducir la altura del talud conexcavaciones en la parte
superior.I. EXCAVACIN:Mecnica de Suelos II171. Ms efectivo si llega
al acufero natural. Los drenes son usualmente de flujo libre.
2. El fondo de las zanjas deben tener pendiente para drenar y
ser conectado con tubera de salida. Debe colocarse tubera perforada
en el fondo de las zanjas. La parte superior
deberImpermeabilizarse.1. Drenes horizontales de pequeodimetro.2.
Zanjas de subdrenaje profundas y continuas. Generalmente a
unaprofundidad de 5 a 15 pies.3. Pozos verticales perforados,
generalmente de 18.36 pulgadasde dimetro.4. Mejora en el drenaje
superficial a lo largo de la parte superior con cunetas abiertas o
canales pavimentados.Sembrar plantas en el talud con races
profundas y resistentes a la erosin.3. Puede ser bombeado o
conectado con una salida de gravedad. Varios pozos en fila unidas
al fondo pueden formar una galera de drenaje.4. Buena prctica para
la mayora de los taludes. Dirigir la descarga fuera de la masa
deslizante.MTODO APLICABLE
COMENTARIOSESQUEMAII. DRENAJE:
Mecnica de Suelos II18MTODO APLICABLE
COMENTARIOSESQUEMAIII. CONTRAFUERTE DETIERRA O ROCA(O BERMAS DE
RELLENO):
1. Excavacin de la masa deslizada y reemplazo con relleno
compactado o contrafuerte de roca triturada. El pie del
contrafuerte debe reposa r en suelo firme o roca por debajo del
plano de deslizamiento. Se utiliza manto de drenaje con salida de
flujo por gravedad detrs del talud del contrafuerte.
2. Utilizacin de bermas de relleno compactado o roca en el pie y
ms all del pie. Debe proporcionarse drenaje detrs de la berma.1. Se
requiere acceso para el equipo de construccin y rea de almacenaje.
El suelo excavado puede utilizarse como relleno. Se puede requerir
calzaduras de estructuras existentes. Si la estabilidad es crtica
durante la construccin, se puede realizar en secciones cortas.
2. Se requiere suficiente ancho y espesor de las bermas de modo
que la falla no ocurra por debajo o a travs de las bermas.Mecnica
de Suelos II19MTODO APLICABLE
COMENTARIOSESQUEMAIV. ESTRUCTURAS DERETENCIN):
Muro de contencin del tipo entramado o cantiliver.
2. Pilotes verticales vaciados en sitio, con la base cimentada
por debajo del plano de falla. Generalmente de dimetro de 18-36
pulgadas y espaciamiento de 4-8 pies.
3. Pilotes verticales vaciados en sitio anclados o batera de
pilotes o bloques de cimentacin. La base de los pilotes por debajo
del plano de falla. Generalmente de dimetro de 12-30 pulgadas y
espaciamiento de 4-8 pies.
4. Pernos de anclaje en roca y suelo.
1. Usualmente costoso. Los muros cantiliver pueden ser
anclados.
2. El espaciamiento deber ser tal que el suelo arquee entre
pilotes. Puede utilizarse una viga superficial para amarrar los
pilotes. Pilotes de gran dimetro (6 pies) han sido utilizados en
deslizamientos profundos.3. El espaciamiento lo suficientemente
cerca para que el suelo arquee entre pilares. Los pilotes pueden
ser amarrados con viga superficial.
4. Pueden ser usados en taludes altos y en reas muy limitadas.
Debe ser usado un diseo conservador, especialmente en soportes
permanentes.Mecnica de Suelos II20MTODO APLICABLE
COMENTARIOSESQUEMAV. TCNICAS ESPECIALES):Grouting
Inyeccin Qumica
Electromosis (en suelos finos)
Congelamiento
Calentamiento1 y 2. Usados satisfactoriamente en varios casos.
En otros casos no fue satisfactorio. La teora no est completamente
desarrollada.
3. Generalmente costoso.
4 y 5. Mtodos especiales que deben ser especficamente evaluados
en cada caso. Puede ser costoso.Mecnica de Suelos II21CLCULO DE LA
ESTABILIDAD:La naturaleza y la homogeneidad de los materiales
constitutivos son bsicas para planear y definir el problema de la
estabilidad de un talud en cualquiera de sus mltiples aspectos. El
ingeniero, como es l usual, analiza estos problemas tratando de
extraer los suficientes conocimientos de carcter general como para
poder establecer un modelo matemtico en el que el analizar la
estabilidad. Los mtodos de clculo, para definir la estabilidad,
establecen un mecanismo cinemtico de falla, extrado naturalmente de
la experiencia, con base en el cual se las fuerzas tendientes a
producir el movimiento como fuerzas de gravedad, filtracin, presin
del agua, las cuales se han de comparar por algn procedimiento con
las fuerzas que son capaces de desarrollarse y que tienden a que el
mecanismo se falla no se produzca como resistencia de terreno,
races y otras. Es decir que la estabilidad se entiende como la
seguridad de una masa de tierra contra la falla o el movimiento. As
todos los mtodos de clculo en boga estn ligados a un mecanismo cine
mtico de falla especifico, por lo que solo sern aplicables a
aquellos problemas de estabilidad en que la falla sea del tipo que
se considera.
TALUDES EN ARENA SECA SIN COHESION:TALUDES EN SUELOS PURAMENTE
COHESIVOS:Mecnica de Suelos II22Si el talud tiene una superficie
irregular de modo que no puede ser representado por una lnea recta,
o si existe la posibilidad de que la superficie de deslizamiento
pase a travs de varios materiales con diferentes valores de cohesin
(c) y del ngulo de friccin interna (), la estabilidad se puede
analizar convenientemente utilizando el mtodo de las fajas.
TALUDES IRREGULARES EN SUELOS NO UNIFORMES (MTODO DE FAJAS)
Mecnica de Suelos II23En general, el talud suele estar
parcialmente sumergido y adems se desarrollan presiones de poros a
lo largo del crculo tentativo. La magnitud de estas presiones de
poros a lo largo del crculo tentativo. La magnitud de estas
presiones depende de las condiciones del problema. En algunos casos
estas pueden ser estimadas por medio de una red de filtracin, por
medio de ensayos de suelo o en base a observaciones realizadas en
el terreno. Si el nivel de la superficie del agua se denota por A
A, el peso W de la faja se puede escribir como:W= WW + W + z.b.en
el cual Wa es el peso de la parte de la faja situada encima de A-A,
Wb es el peso de la parte situada por debajo de A-A y z.b.w es el
peso de un volumen de agua igual al de la porcin sumergida de la
faja.
METODO DE LAS FAJAS EN PRESENCIA DE PRESION DE POROS:
Mecnica de Suelos II24Mecnica de Suelos II25
Mecnica de Suelos II26
Gracias por su Atencin.
Mecnica de Suelos II27