PROYECTO DE MAESTRIA ESTUDIO DE LOS EMPUJES GENERADOS POR UN DESLIZAMIENTO LENTO, APARTIR DE DIFERENTES METODOS DE CALCULO APLICADOS EN CASO PARTICULAR Autor Ing. Julio Cesar Torres Asesor Prof. Dr – Ing Nicolas Estrada UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Facultad de ingeniería Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 2015
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PROYECTO DE MAESTRIA
ESTUDIO DE LOS EMPUJES GENERADOS POR UN DESLIZAMIENTO LENTO,
APARTIR DE DIFERENTES METODOS DE CALCULO APLICADOS EN CASO
PARTICULAR
Autor
Ing. Julio Cesar Torres
Asesor
Prof. Dr – Ing Nicolas Estrada
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
Facultad de ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
2015
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RESUMEN
Las vías de comunicación generalmente en Colombia se encuentran sobre regiones montañosas, las cuales una parte representativa de sus tramos se encuentra sobre coluviones, los coluviones debido a su composición presentan un tipo de deslizamiento conocido como movimientos lentos o Creep comúnmente en nuestro medio se clasifican como flujos por reptación y de acuerdo con la velocidad como muy lentos, estos movimientos lentos tienen características morfometricas, topográficas y de composición de suelo que permiten identificarlos sencillamente. El estudio del comportamientos mecánico de los empujes que genera estos deslizamientos sobre estructuras de contención que se proyectan para estabilizarlos ha sido poco estudiado, llevando a una deficiente evaluación de las cargas actuantes. Este proyecto tuvo por objetivo calcular y analizar un deslizamiento lento empleando métodos tradicionales (Rankine, Coulomb) y softwares como geo-slope y plaxis, aplicado a un caso particular en la Transversal del Carare. Para el desarrollo de este proyecto se recopilo información de estudios realizados anteriormente en el sitio, con el fin de conocer las características geotécnicas y magnitud de los movimientos que se han presentado. La empresa Torres Ing. S.A.S encargada de llevar a cabo los estudios y diseños para el sector, adelantó la exploración geotécnica. La cual consistió en perforaciones a roto percusión y apiques con recuperación de muestras en bloques, para ensayos de resistencia mecánica con el menor grado de alteración posible, posteriormente se recopilaron los métodos que en la práctica se utilizan para calcular los empujes ejercidos por los deslizamientos lentos sobre estructuras de contención y se analizó qué tan diferentes son sus estimaciones de igual manera las consecuencias de estas diferencias en el dimensionamiento de las estructuras de contención. De acuerdo a los resultados se puede concluir que los empujes en una estructura de contención de un deslizamiento por reptación, empleando teoría de la plasticidad o elasto-plasticidad, dan resultados sustancialmente inferiores a la teoría visco plástica.
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TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ................................................................................................................ i
TABLA DE CONTENIDO ......................................................................................... ii
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... vi
LISTA DE TABLAS ............................................................................................... viii
LISTA DE FOTOGRAFÍAS ..................................................................................... ix
etc.). Las ondas sísmicas pueden producir movimientos en una gama muy amplia
de condiciones. De hecho, son capaces de desestabilizar tanto, terrenos con
pendientes pronunciadas como áreas con laderas suaves o incluso prácticamente
planas, así mismo cuando las sacudidas sísmicas afectan a materiales sueltos éstos
experimentan procesos de licuefacción.
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Las áreas volcánicas, por su parte, son propensas a los deslizamientos provocados,
entre otras causas, por la fusión de nieve y de hielo debida a la actividad volcánica
y por los eventos extremos de lluvia. Los movimientos que tienen lugar en éstas
áreas suelen ser de gran magnitud y alcanzan altas velocidades. Esto se explica
por la predisposición de los materiales volcanoclásticos (cenizas, piroclástos) a ser
movilizados y por su estado meta estable.
La actividad humana constituye uno de los factores desencadenantes que aunque
actuando de forma puntual (taludes, presas, edificios, etc.), sus consecuencias
suelen ser bastante drásticas. La manipulación del equilibrio natural por parte del
hombre tanto por los cambios de la geometría y pendiente del terreno (cortes y
terraplenes), como por los cambios de las condiciones hidrogeológicas (presas,
irrigación, etc.) o por cambios en las fuerzas estáticas (excavación y sobrecargas),
pueden provocar distintas tipologías de inestabilidades induciendo nuevos
deslizamientos y acelerando o activando antiguos movimientos.
3.3 Actividad de los deslizamientos
Según Chacón et al. (1996) uno de los aspectos más importantes a la hora de
analizar zonas inestables es el registro de la actividad y desarrollo de los
movimientos, concretamente de los deslizamientos, sobre todo en vista a la
evaluación de la amenaza y el riesgo.
De acuerdo con WP/WLI (1993) la actividad de un movimiento es la expresión de si
el movimiento está funcionando como tal o es potencial. El estado de actividad de
un movimiento puede ser sincretizado en varias tipos, en la Figura 3.3 se presentan
las diferentes etapas de actividad de un deslizamiento.
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Figura 3.3 - Actividad de los movimientos de ladera (WP/WLI, 1993)
De acuerdo con la Figura 3.3 un movimiento activo es cuando se está moviendo
constantemente Figura 3.3 (a). El movimiento inactivo puede ser, cuando el
movimiento se desarrolló en unas condiciones geomorfológicas o climáticas
diferentes a las actuales o fue estabilizado Figura 3.3 (b). El movimiento inactivo
puede estar dormido cuando aún permanecen las condiciones que lo provocaron
Figura 3.3(c), en caso contrario está abandonado Figura 3.3(d). Por último, el
término reactivado se refiere para cualquier movimiento que vuelve a ser activo, tras
un periodo como inactivo Figura 3.3(e).
Según el autor, los desplazamientos de un deslizamiento están de acuerdo con la
fase de actividad en que se encuentren (Ver Figura 3.4), siendo las fase activa en
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la cual se presentan grandes deformaciones seguido de un estancamiento de las
deformaciones en las fases suspendida y dormida.
Figura 3.4 - Desplazamiento de un movimeinto según el estado de la activiad (WP/WLI, 1993)
Desde el punto de vista espacio-tiempo existen diferentes etapas en el desarrollo
de la inestabilidad, así un movimiento puede estar más o menos avanzado; cada
una de estas etapas se asocia a diferentes grados de actividad, diferentes formas
de la zona de ruptura y de la masa movilizada, así como diferentes consecuencias
materiales del entorno afectado. Para movimientos profundos, en la Tabla 3.1se
muestra las fases del desarrollo de los movimientos de ladera.
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Fase Desarrollo del
movimiento Actividad
Daños producidos y
potenciales
Preparatoria o Incipiente
Poco apreciable: cambios en manantiales, abombamientos locales, grietas dispersas, grietas de tracción en cabecera. Puede durar mucho tiempo.
Activo. Velocidad variable, intermitente a permanente, puede permanecer inactivo largo tiempo hasta nueva activacion.
Distribución lineal de daños a estructuras situadas sobre trazas de grietas o abombamientos.
Potencial muy alto: según magnitud de la masa a movilizar y la trayectoria.
Inicio
Apreciable: abombamiento: ruidos discontinuos, cambios topograficos, grietas de traccion en cabeceras, trazas de escarpes; hundimientos, cabeceras suaves. Duración, progresión y continuidad variables
Activo, velocidad variable, intermitente a permanete. Puede permanecer inactivo largo tiempo hasta nueva activación.
Distribucción de áreas de daños en la masa que se sitúa alrededor de la grieta y abombamientos, incluyendo el frente.
Potencial alto: según magnitud de la masa a movilizar y la extensión de la trayectoria.
Desarrollo
Despliegue del escarpe, delimitación de la masa que desborda la base del plano de rotura; aparición de escarpes menores, hundimientos y cabeceo en cabecera, levantamiento en el frente. Avance de la masa ladera abajo.
Puede detenerse en cualquier momento. Duración variable.
Activo, velocidad variable, intermitente a permanete. Puede permanecer inactivo largo tiempo hasta nueva activación.
Se extiende a toda la masa movilizada y a las zonas situadas bajo el frente y en la trayectoria que la masa ha recorrido.
Potencial medio: la trayectoria restante y la zona de remonte posible.
Avanzado
Desarrollo del escarpe principal y de los escarpes menores. Acumulacion de la masa en la base de la ladera. Despliegue de bloques menores. Remonte del escarpe principal ladera arriba si es posible.
Activo, velocidad variable, intermitente a permanete. Puede permanecer inactivo largo tiempo hasta nueva activación.
Se extiende aún más según progresa la deformación de la masa, se amplia la zona de ruptura ladera arriba y se extiende la zona de desplazamiento de la masa.
Potencial bajo: la mayor parte de los daños se han producido.
Agotamiento
Acumulacion de la masa en el pie de la ladera y nueva pendiente media del perfil. Escarpe principal en divisoria o sin posibilidad de remontar. Derrumbe de bloques menores. Inestabilidades locales. Estabilizacion parcial salvo excavaciones.
Poco activo, velocidad variable, intermitente o permanente, puede permanecer inactivo largo tiempo hasta su fosilización o estabilización definitiva o hasta nueva activación por acción erosiva, recargas, desmontes o terremotos importantes.
Los daños se han producido en toda la extensión de la masa.
Potencial bajo: daños locales a transeúntes por reajustes de masa
Tabla 3.1 - Fases del desarrollo de los movimientos de ladera (CHACÓN et al,
1996)
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En la medida en la que el desarrollo de la movilización progresa, las deformaciones
del terreno y los daños pueden ser mayores. Los daños producidos se asocian a la
zona de ruptura al desplazamiento de la masa y las consecuencias sobre la red de
drenaje. Además la actividad de los movimientos es frecuentemente intermitente,
los movimientos una vez iniciados pueden estar mucho tiempo detenidos.
3.4 Clasificación de los deslizamientos
De acuerdo con Jordi Corominas (1998) en la literatura científica y técnica existen
numerosas clasificaciones de los movimientos de ladera. La primera clasificación
de amplia aceptación fue la de Sharpe (1938), con posterioridad aparecieron las de
Varnes (1958, 1978), Nemcok et al. (1972), Hutchinson (1988), Sassa (1989) y más
recientemente las de Dikau et al. (1996) y Cruden y Varnes (1996).
La mayoría de clasificaciones de movimientos de ladera aseguran basarse en los
mecanismos de inestabilidad; sin embargo, la tipología del movimiento suele
establecerse una vez que la rotura ha tenido lugar, es decir basándose en su
cinemática. En este sentido hay que indicar que los mecanismos y condiciones que
dan lugar a la rotura de una ladera no corresponden, en general con los que
gobiernan la propagación de la masa desprendida, siendo éstos los que determinan
la denominación del movimiento. Así por ejemplo, muchos movimientos de flujo
tienen su inicio en mecanismos de corte. Esta distinción no es menor puesto que
tiene implicaciones claras en el control y corrección de los movimientos.
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Para el análisis se puede distinguir dos fases principales en los movimientos de
ladera:
La fase previa a la rotura, que puede ser de larga duración; en ella se
producen pequeñas deformaciones, a menudo imperceptibles pero que
pueden ser de orden métrico en los grandes deslizamientos. La superficie
de separación entre la masa en movimiento y el terreno no ha llegado a
desarrollarse por completo.
La fase de rotura, por lo general caracterizada por la formación de una
superficie o zona de corte continua en el terreno con movimientos desde muy
lentos a extremadamente rápidos, hasta que se produce el reajuste de la
masa deslizada y el movimiento se detiene. Según Leroueil et al.1996; en
algunas ocasiones se dan fases de reactivación, en las que el movimiento se
reproduce aprovechando las superficies de rotura generadas previamente.
Las reactivaciones pueden ser episódicas o continuas con variaciones
estacionales de la velocidad de deformación. Cada una de estas fases
implica fenómenos mecánicos y leyes de comportamiento diferentes.
Determinar si ya se ha producido la rotura en la ladera, es difícil de determinar,
debido a las dificultades de llegar a la superficie de falla. En algunos casos, grietas
de tensión de tan solo unos centímetros son suficientes para iniciar la caída, sin
embargo en grandes deslizamientos deformaciones de varios metros pueden ser
insuficientes para generar una superficie de corte que afecte al conjunto de la masa
inestable (rotura progresiva).
3.4.1 De acuerdo al mecanismo de falla
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Las obras para deslizamientos antes y después de la rotura son muy diferentes,
antes de que se produzca la superficie de falla, en la fase previa hay que estimar la
potencialidad del deslizamiento y la magnitud, dentro de las condiciones que se
encuentra con el objetivo de tomar medidas correctivas y obras de contención.
Cuando ya se ha presentado la superficie de falla, hay que establecer las medidas
necesarias que pueden llegar a ser, el cierre total o parcial de una vía, o la
evacuación de las personas si se presentan los deslizamientos en zonas pobladas,
hasta obras de contención.
En todas las clasificaciones existentes sin excepción, la naturaleza de los materiales
involucrados es uno de los parámetros utilizados. Tanto Varnes (1978) como
Hutchinson (1988) distinguen entre substrato rocoso o roca derrubios y suelo.
Mientras que el concepto de substrato rocoso no ofrece dudas, la distinción entre
derrubios y tierra no es evidente, especialmente cuando consideramos los
movimientos de flujo, ambos son suelos desde el punto de vista ingenieril.
Los derrubios consisten en un suelo de composición granulométrica gruesa, es
decir, formado mayoritariamente por gravas y bloques mientras que el suelo tiene
un contenido importante de finos, es decir, arenas, limos y arcillas; en otras
palabras, se trata de la distinción entre materiales cohesivos (suelo) y no cohesivos
(derrubios). Cruden y Varnes (1996) consideran derrubio a un suelo que contiene
una proporción significativa, entre el 20 y el 80% de partículas de diámetro mayor a
2 mm, mientras que el suelo contiene el 80% o más de partículas de diámetro menor
a 2 mm (límite superior del tamaño arena). En este último caso, cuando el contenido
de limo y arcilla es el mayoritario de la fracción fina, se considera barro.
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En la Tabla 3.2 se muestra la relación entre los tipos de materiales y los movimientos
que se presentan.
Tipo de Movimiento
Tipo de Material
Basamento Rocoso
Suelos de Ingeniería
Predominantemente Granulares
Predominantemente Finos
Caídos Caídos de Roca Caídos de derrubios Caídos de suelo
Volcamientos Volcamientos de roca
Volcamiento de derrubios
Volcamientos de suelo
Deslizamientos Rotacional Deslizamientos
de roca Deslizamiento de derrubios
Deslizamientos de suelo Traslacional
Desprendimientos laterales Desprendimiento de roca
Desprendimiento de derrubios
Desprendimientos de suelo
Flujos Flujos de roca (Profundidad de crepp)
Flujos de derrubios (Suelo creep)
Suelos sueltos (Suelo creep)
Complejo Combinación de dos o más tipos principales de movimiento
Tabla 3.2 - Tipos de movimientos con respecto a tipo de materiales (VARNES,
1978)
A continuación se citara una de las principales clasificaciónes de deslizamientos
hecha por Varnes (1978) el autor cita que todas las clasificaciones coinciden en la
existencia de al menos, cinco mecanismos principales que son: caídas, vuelcos,
deslizamientos, expansiones laterales y flujos.
a) Caídos
El desprendimiento se origina por la separación de una masa de suelo o roca, de
un talud o ladera muy empinada. El movimiento tiene lugar mediante caída libre y
posterior rebote o rodadura, este movimiento es muy rápido. La propagación de los
desprendimientos de laderas con pendientes superiores a los 76˚ se produce
preferentemente por caída libre, por debajo de este ángulo los impactos sobre el
terreno son frecuentes mientras que en laderas de menos de 45˚ la propagación se
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realiza por rodadura y eventualmente por deslizamiento. (JORDI COROMINAS,
1997). En la Figura 3.5, se observa los caídos con los diferentes ángulos de
inclinación de la ladera.
Figura 3.5 - Caídos de material en laderas de fuerte pendiente. (GARCIA YAGUE y GARCÍA ÁLVAREZ, 1997)
Las caídas con una trayectoria básicamente vertical desarrolladas en acantilados
por la socavación efectuada por un río, el oleaje o la meteorización y disgregación
de las rocas a su pie son consideradas colapsos.
b) Volcamientos
Cruden y Varnes (1996) definen un volcamiento como la rotación hacia adelante
(afuera) de una masa de suelo o roca, alrededor de un punto o eje bajo el centro de
gravedad de la masa desplazada. Algunas veces es causado por el empuje del
material localizado ladera arriba y otras veces por el agua presente en las grietas
del macizo. De acuerdo con los autores los volcamientos producen caídas o
deslizamientos del material desplazado, dependiendo de la geometría del material
en movimiento, la geometría de la superficie de separación, la orientación y
extensión de las discontinuidades cinemáticamente activas. Los volcamientos
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varían de extremadamente lentos a extremadamente rápidos, algunas veces
acelerado con el avance del movimiento. El material desplazado puede deslizarse
más allá de la punta de la superficie de ruptura, cubriendo la superficie original del
terreno, la cual a su vez, se convierte en superficie de separación.
Los volcamientos a su vez, se encuentran divididos en dos tipos: Los vuelcos por
flexión y desplome (Ver Figura 3.6). De acuerdo con Goodman y Bray (1976) el
vuelco por flexión tiene lugar en rocas con un sistema preferente de
discontinuidades, formando vigas continuas en voladizo; las columnas continuas
cuando se doblan hacia adelante rompen por flexión. Este tipo de movimiento es
característico en esquistos, filitas, pizarras y en secuencias rítmicas finamente
estratificadas. Para el caso de volcamiento por desplome, la ladera presenta un
movimiento brusco de giro, al menos inicial, apoyado en su base externa. Estos
movimientos se producen en bordes acantilados rocosos o de materiales areno-
arcillosos compactados. Si la ladera es empinada, las roturas por vuelco pueden
transformarse en caídas.
Figura 3.6 - Esquema de volcamiento de una ladera. (GARCIA YAGUE y GARCÍA ÁLVAREZ, 1997)
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c) Deslizamientos rotacionales
De acuerdo con Cruden y Varnes (1996) estos deslizamientos se mueven a lo largo
de superficies de ruptura curvas y cóncavas, con poca deformación interna del
material. La cabeza del material desplazado se mueve verticalmente hacia abajo,
mientras que la parte superior del material desplazado se va hacia el escarpe. El
escarpe principal es prácticamente vertical y carente de soporte, por lo que se
pueden esperar movimientos posteriores que causen retrogresión del deslizamiento
a la altura de la corona.
Ocasionalmente, los márgenes laterales de la superficie de ruptura pueden ser lo
suficientemente altos y empinados, como para producir deslizamientos hacia la
zona.
Varnes (1996) presenta la siguiente definición de deslizamiento rotacional: “En un
deslizamiento rotacional la superficie de falla es formada por una curva cuyo centro
de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo del movimiento”
En este tipo de deslizamiento la falla tiende a formar una curva, pero no es
necesariamente circular; lo cual es común en material residual donde la resistencia
al corte de los materiales aumenta con la profundidad. Es común que la forma y
localización de la superficie de falla está afectada por las características propias de
su estructura, en las que se incluyen las discontinuidades, juntas y planos de
estratificación. En la cabeza del deslizamiento el desplazamiento es casi vertical y
tiene muy poca rotación, sin embargo, se puede observar que la superficie original
del terreno gira en dirección de la corona del talud, aunque otros bloques giren en
dirección opuesta.
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Los materiales más favorables son de composición homogénea, no estratificado y
sin control estructural. Se trata por lo general de saprofitas espesas, formadas por
alteración de rocas cristalinas (ígneas o metamórficas), o de mantos deposicionales
diversos (COSUDE–ALARN, 2002b).
Los deslizamientos rotacionales pueden ser simples, múltiples o sucesivos. En el
primer tipo se da una única superficie de rotura circular y el material se mueve como
una unidad, existe avance en el terreno hacia abajo (en cabecera) y hacia afuera (a
pie del talud) de la concavidad producida.
La superficies de rotura circular puede originarse en tres partes (Figura 3.7)
diferentes del talud según las características resistentes del material, la altura la
inclinación del talud, etc.
Figura 3.7 - Superficie de rotura circular.
d) Deslizamientos traslacional
El deslizamiento traslacional consiste en el desplazamiento de una masa a lo largo
de una superficie de ruptura, de forma plana u ondulada, que se desplaza hacia
abajo y en el cual no se observa rotación durante su movimiento. En general, estos
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movimientos suelen ser más superficial que los rotacionales y el desplazamiento
ocurre a lo largo de fallas como: discontinuidades, diaclasas, planos de
estratificación o planos de contacto entre la roca y el suelo residual o transportado
que yace sobre ella (CRUDEN y VARNES, 1996).
De acuerdo con Hoek & Bray (1981) en un macizo rocoso, este mecanismo de falla
ocurre cuando una discontinuidad geológica tiene una dirección aproximadamente
paralela a la de la cara del talud y buza hacia esta con un ángulo mayor que el
ángulo de fricción.
Zinck (1996) afirma que los deslizamientos traslacionales corresponden a
movimientos en plancha paralelos a la inclinación del relieve y al buzamiento del
estrato rocoso. Rocas estratificadas o esquistosas, inclinadas paralelamente a la
pendiente, son particularmente favorables. La superposición de capas porosas
sobre estratos impermeables permite el cizallamiento. Usualmente este tipo de
deslizamiento es de gran extensión transversal y se explaya en la parte frontal.
Cuando se disgrega la masa en movimiento durante el deslizamiento, depende de
que tan plana sea la superficie de ruptura y de la distancia con que la masa se
mueva. Básicamente, los deslizamientos traslacionales pueden presentarse
pasando la superficie de falla por el pie del talud, afectando el terreno en que se
encuentra apoyado el talud; por lo tanto, se considera como falla de base. Los
suelos cohesivos con presencia de niveles de diferente competencia intercalados,
son un típico ejemplo de ocurrencia de deslizamientos traslacionales estando
condicionado por la existencia de filtraciones paralela a la cara del talud.
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Según Hoek & Bray (1981) la velocidad de los deslizamientos traslacionales pueden
variar desde rápida a extremadamente rápida. En suelos pueden abarcar total o
parcialmente el perfil del suelo pero en rocas pueden llegar a ser de un volumen
considerable pues están definidos por las superficies de debilidad de las
formaciones rocosas. De acuerdo con Dikau et al (1996) se clasifican de acuerdo
al material que se desliza en deslizamientos de bloques rocosos, de suelos y de
derrubios, son los más inestables y comunes debido a que dependen de su control
estructural y estado del material que los forme. En muchos de estos deslizamientos
las masas pueden deformarse y romperse y llegar a convertirse en flujos.
e) Flujos
Son movimientos espacialmente continuos en los que las superficies de falla tienen
corta vida, se encuentran muy próximas y generalmente no se conservan. La
distribución de velocidades en la masa desplazada se parece a la que se presenta
en un fluido viscoso. Por este motivo, la masa movida no conserva la forma en su
movimiento descendente, adoptando a menudo, formas lobuladas cuando afectan
a materiales cohesivos y desparramándose por la ladera o formando conos de
deyección cuando afectan a materiales granulares.
Existe una gradación desde los deslizamientos a los flujos dependiendo del
contenido de agua, movilidad y evolución del movimiento. Un deslizamiento de
derrubios puede convertirse en una corriente o avalancha de derrubios a medida
que el material pierde cohesión, incorpora agua y discurre por pendientes más
empinadas.
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Corominas y García Yogue (1997) dividen los deslizamientos de flujo en 4 tipos
(Figura 3.8) los cuales son: reptación, solifluxión, colada de tierra, corriente de
derrumbe. Dentro de los diferentes tipos de flujos para el desarrollo del presente
trabajo es de gran importancia el flujo por reptación por lo cual se hará énfasis
únicamente en este tipo.
De acuerdo con Sharpe (1938) la reptación es un movimiento extremadamente lento
que es imperceptible excepto al ser evaluado en largos períodos de tiempo, este
movimiento no muestra superficies de cizalla definidas.
Figura 3.8 - Diagrama de movimiento de flujo (COROMINAS Y GARCIA YOGUE, 1997)
La reptación puede considerarse como un desplazamiento muy lento pero continuo
a gran profundidad. Está relacionado con el concepto ingenieril de fluencia, que
ocurre esencialmente a tensión constante por debajo de la resistencia límite del
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material involucrado; también se considera que la reptación por fluencia es un
mecanismo importante en la deformación de laderas de alta montaña.
La reptación en rocas se podría tomar como un movimiento extremadamente lento
no acelerado. Como resultado se genera un bandeamiento o levantamiento
simulando un “creep”. Suarez (2009) cita que la reptación de un macizo de roca,
comúnmente se le clasifica como inclinación, puede generarse a proceso de
relajación de esfuerzo en los macizos rocosos sedimentarios severamente
fracturados.
Típicamente, los suelos fallidos de masas se mueven como un cuerpo rígido que se
desliza sobre una pre existente superficie de deslizamiento de la cual la resistencia
al corte del suelo está en condiciones residuales; en la naturaleza, este tipo de
movimiento se presenta en forma de: solifluxión, deslizamientos submarinos, flujo
lento de tierras, deslizamientos de lodos, deslizamientos de tierra sobre roca como
respuesta a procesos geomorfológicos, caída y volteo de suelo, hundimiento de roca
y algunos deslizamientos profundos a bajas tasas de deformación a largo plazo
Según Corominas (1989) unas de las formas atribuidas a los fenómenos de
reptación son “las terracillas” que aparecen en las vertientes de alta montaña en
ambientes periglaciares.
Los deslizamientos pueden ocurrir de manera muy lenta como en el caso de
deslizamientos por reptación o extremadamente rápida como en el caso de
avalanchas. La tasa de deformación varía desde algunos mm/año hasta
3.4.2 De acuerdo a la velocidad
30
velocidades de 5 m/s. A continuación se describe los deslizamientos de acuerdo a
la velocidad:
a) Deslizamientos lentos
Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tan lento que normalmente no
es perceptible sin el acompañamiento de herramientas de seguimiento. Este tipo
de deslizamiento genera unos pocos centímetros de material al año, se identifican
por medio de una serie de características marcadas en el terreno.
De acuerdo con Suarez (2006) las velocidades son del orden de centímetros a
pocos metros por año; se caracterizan por transportar una gran cantidad de material.
Algunas evidencias que muestran la presencia de un deslizamiento lento son: la
inclinación de los arboles a favor de la pendiente, la inclinación de cercas, el
agrietamiento de las casas.
b) Deslizamientos rápidos
Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tal que la caída de todo el
material puede darse en pocos minutos o segundos. Son frecuentes durante las
épocas de lluvias o actividades sísmicas intensas, como son difíciles de identificar
ocasionan importantes pérdidas materiales y vidas humanas.
En esta clasificación se encuentran desprendimientos y flujos de lodo. Este tipo de
flujos, donde el agua tiene una participación muy importante, pueden producirse
también sobre pendientes muy bajas siempre y cuando la granulometría de los
materiales es fina (limos y arcillas) su puesta en movimiento puede ser producida
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por una vibración brusca (caída de un gran bloque rocoso, terremoto, etc.). Según
Sepúlveda (1998) la velocidad que puede alcanzar estos flujos es de hasta 100
m/seg, con efectos catastróficos. La Tabla 3.3 presenta la clasificación de los
deslizamientos de acuerdo a la velocidad según Hansen (1996).
Velocidad Cm/s Otras unidades de
velocidad
Extremadamente rápida 300 0.3 m/min
Muy rápida 0.5 -
Rápida 0.0017 1.5 m/día
Moderada 0.00006 1.5 m/día
Lenta 0.000005 1.5 m/año
Muy lenta 0.0000001 0.6 m/año
Extremadamente lenta
Tabla 3.3 - Clasificación de los deslizamientos de acuerdo a la velocidad según Hansen (HANSEN, 1989).
Rodríguez Ortiz (1978) propone una clasificación de los deslizamientos de acuerdo
al tamaño del material movilizado, estableciendo 5 categorías. Esta clasificación se
muestra en la Tabla 3.4 y tiene importancia en el momento de establecer amenazas
por fenómenos de remoción en masa.
Tamaño Volumen (m3)
Pequeña 1 50
Moderada 50 500
Grade 500 5000
Muy grande 5000 50.000
Excepcionalmente grande
50.000 -
Tabla 3.4 - Clasificación de deslizamientos por su tamaño (RODRIGUEZ ORTIZ, 1978)
3.4.3 De acuerdo al tamaño
32
4 CARACTERÍSTICAS DE LOS MOVIMIENTOS LENTOS
4.1 Descripción General
Los movimientos lentos se clasifican de acuerdo con el mecanismo de falla como
flujos por reptación y de acuerdo a la velocidad como muy lentos. Cazacu y
Cristescu (2000) afirman que muchas laderas presentan movimientos lentos y
continuos debidos a la respuesta del material que las constituyen, a los cambios en
la geomorfología, cambios en sus condiciones hidráulicas y/o estáticas o por
afectación de ambientes y condiciones químicas. De acuerdo con Glastonbury,
(2008) las velocidades que pueden alcanzar a largo plazo son del orden de 156
m/año hasta valores inferiores como 1.6 mm/año.
Los movimientos lentos “Creep” presentan las siguientes características:
Son desplazamientos horizontales de pocos centímetros al año afectado
grandes áreas de terreno.
Ocurren en laderas con pendiente baja a media.
Están relacionados con procesos de humedecimiento y secado en los
suelos usualmente arcillosos, muy blandos o alterados, con características
expansivas.
Frecuentemente se presenta el fenómeno de reptación en taludes de
terraplenes, terminado en un flujo o deslizamiento de traslación.
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Al identificarse el creep se ha de tener en cuenta las repercusiones que este tipo de
movimiento tendrá en la obra de infraestructura que se proyecte sobre él, Suarez
(2009) cita que los movimientos lentos corresponden a movimientos antiguos o
movimientos extremadamente lentos que aún se encuentran en movimiento,
generalmente esos taludes geológicamente se clasifican como “coluviones” en el
caso de coluviones en suelos arcillosos en Colombia, se ha detectado que la lluvia
acumulada de menor intensidad activa grandes deslizamientos, mientras que las
lluvias de mayor intensidad pero de menor tiempo, no son suficientes para activar
los deslizamientos de coluviones de gran magnitud. En la parte de la superficie de
falla se pueden presentar zonas de corte de espesor importante. Los
deslizamientos antiguos pueden ser activados por la acción humana y producir
modificaciones en la hidrología subterránea o en la conformación superficial de los
taludes.
El autor considera que el ensayo más representativo para caracterizar estos
materiales es el de corte directo con esfuerzo controlado de material no alterado, en
el rango de deformaciones unitarias pequeñas, debido a que simula mejor el
movimiento de reptación visco-plástica que ocurre en la superficie de falla de un
coluvión.
Generalmente ocurren en las laderas suaves de depósitos sedimentarios de suelos
arcillosos, tales como arcilla firme y arcilla de esquisto o laderas con pendientes
suaves, en estaciones del año, altamente lluviosas y en superficies de suelos
residuales.
4.1.1 Donde ocurren los deslizamientos lentos
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Suarez (2009) afirma que los materiales arcillosos de alta plasticidad, se deforman
continuamente cuando están sujetas a carga sostenida. Estas arcillas pueden fallar
eventualmente bajo estas cargas, aún con esfuerzos de cortante que son
significativamente inferiores a la resistencia de la arcilla a corto plazo, generalmente
ocurren en la dirección descendente del talud y no se recobran cuando las
condiciones adversas desaparecen; el resultado es un movimiento en forma de
arrugas, que aumenta año tras año y que puede eventualmente terminar en un gran
deslizamiento.
Los deslizamientos lentos tienden a ocurrir en terrenos donde hay procesos de
deformación acumulativa, generalmente relacionados con perfiles geológicos
desfavorables, los cuales hacen referencia al tipo de fallas que se producen en las
laderas naturales como consecuencia de procesos de deformación acumulativa, por
la tendencia de grandes masas a moverse ladera abajo. Los depósitos coluviales
o depósitos de ladera son los más propensos a sufrir procesos de deslizamiento
lentos o por creep, estos depósitos tienen matriz arcillosa muy plástica.
Como ya se ha dicho, con frecuencia el creep afecta a grandes extensiones de
terreno en declive. El fenómeno se pone de manifiesto a los ojos del observador
por una serie de efectos notables, que se refleja en el movimiento de todas las
heterogeneidades que existan en la zona superficial de la ladera. Las cuales
crearan diferencias en la velocidad del movimiento. Cordova (2013) cita las
principales manifestaciones de estos movimientos tales como: inclinación de los
árboles, movimientos relativos, rupturas de barandas en vías, agrietamiento de
muros y de cualquier tipo de estructuras longitudinales, escalonamientos,
acumulación de suelos en las depresiones y valles.
4.1.2 Características exteriores movimientos lentos
35
4.2 Activación de los movimientos lentos
Entre los mecanismos que tienden a la activación de este tipo de movimientos, al
momento de romper el equilibrio estático podría ser un evento sísmico de la zona,
aumento en los niveles freáticos o cambios en el terreno por afectación antrópica.
A continuación se describen los principales mecanismos que activan los
movimientos lentos o creep.
a) Cambio en la pendiente del terreno
Una característica del terreno en zonas de movimientos lentos es la presencia de
inclinaciones bajas, ya que una inclinación media de la superficie de falla es de
aproximadamente 15°; siendo quizá 13° el valor que se pueda atribuir al ángulo de
resistencia residual de los depósitos de material. Al realizar cortes para
construcción de vías, oleoductos, acueductos o proyectos de vivienda se altera las
pendientes del terreno, en la mayoría de los casos aumentando la inclinación de la
ladera y activando los movimientos lentos.
b) Variación en los niveles freáticos
El nivel freático y en general la presencia de agua en los materiales en la proximidad
de la superficie de falla desempeñan un papel fundamental en la estabilidad y de
hecho, hacen algo más complejo el mecanismo que se ha descrito para la
generación de estas fallas.
36
La activación de un deslizamiento a menudo puede ser causado por la fluctuación
de los niveles freáticos del terreno que tiene una intrínseca relación con las
precipitaciones, sobre todo para nuestro caso al ser un país tropical, por lo tanto la
activación de estos fenómenos se debe a una alteración de la fases de reposo, en
particular la elevación del nivel freático de las aguas subterráneas, provocando un
cambio en la presión de poros, aumentando la aceleración del movimiento y
posterior falla, ya que la fuerza de resistencia disminuye y no se puede equilibrar la
fuerza de desestabilización; por el contrario una reducción de los niveles freáticos
en las aguas subterráneas (ocurrido en los periodos de sequía) disminuye la
aceleración del movimiento.
c) Presión de poros
Conforme con Leroueil (2001) los cambios de presión de poros en el talud pueden
resultar de la infiltración vertical, de flujos de agua a través de las capas permeables
del suelo y lecho de roca fracturada, debido a las madrigueras, grietas de
desecación y los agujeros de las raíces. Por otra parte, la respuesta de las aguas
subterráneas de la pendiente al régimen de lluvias está estrictamente conectado a
factores externos, como la temperatura y la evapotranspiración entre otras.
Teniendo en cuenta la complejidad de la hidrogeología y la respuesta mecánica del
suelo en los movimientos a lo largo de la superficies de falla pre existente por las
fluctuaciones de la presión de poro en laderas arcillosas, se ha de tener en cuenta
las variaciones de presión de poros cerca del nivel freático, ya que varía de acuerdo
al tiempo requerido para la propagación en profundidad de los cambios en las
condiciones hidráulicas.
37
Los deslizamientos en este caso generalmente son provocados por los cambios en
el régimen de presión de poros, que determinan los cambios en el nivel de la tensión
efectiva y en consecuencia, la resistencia al deslizamiento del suelo a lo largo de la
superficie de falla. Vulliet y Hutter 1988; Angeli et al 1996; Mandolini y Urciuoli 1999;
Corominas et al. 2005; Maugeri et al. 2006; van Asch et al.2007).
4.3 Mecanismos de falla de movimientos lentos
En los deslizamientos lentos la superficie de falla típica de un proceso de
deformación acumulativa es de forma casi plana. A ello pueden contribuir varios
factores, de los que el primero y más importante quizá sea la geología de la zona,
pues en una ladera natural las estratificaciones tienden a seguir la forma de la
frontera exterior de la ladera.
Además, los procesos de deformación lenta anteriores a la falla estimulan la
generación de mecanismos de resistencia de tipo friccionante puro, lo que también
contribuirá a la generación de planos de deslizamientos. La masa se deslizará, pero
si la inclinación de la superficie de falla es del orden del ángulo de resistencia
residual (o algo mayor, contando con las restricciones locales al deslizamiento que
se desarrollen en la propia superficie de falla), la masa “desprendida” podrá
permanecer en su posición o moverse muy lentamente ladera abajo a lo largo de la
línea de ruptura.
Aun cuando no está del todo definidos los conceptos de resistencia fundamental o
las causas del creep, parece cierto que este movimiento se produce bajo niveles de
esfuerzos actuales bajos, muy inferiores a los que corresponden a la máxima
resistencia al esfuerzo cortante de los suelos.
38
En una ladera natural se cumplen tanto la condición de la existencia de un estado
de esfuerzos actuantes, como la de que dichos esfuerzos actúen durante muy largo
tiempo; esto explicaría la reducción de la resistencia en el material de la ladera, aún
por debajo de niveles de esfuerzos bajos, del tipo de los reportados por Griggs y
Bisbop.
Una vez producida la superficie de falla podrá ocurrir un deslizamiento rápido de las
masas afectadas o la tierra sobre la superficie de falla podrá permanecer en su
posición, desde luego en un estado no muy alejado del equilibrio límite o crítico; ello
dependerá, primordialmente de la inclinación de la superficie de falla formada y en
menor grado de las restricciones que existen al deslizamiento las heterogeneidades
e irregularidades de forma y materiales que puedan existir a lo largo de la superficie
de falla.
4.4 Mecánica del desplazamiento
La velocidad de movimiento ladera abajo de un creep típico puede ser muy baja y
rara vez excede de algunos centímetros por año. Es lógico pensar que la velocidad
de movimiento de la ladera es máxima en la superficie y vaya disminuyendo hacia
la profundidad de la misma, donde aumentan las restricciones al movimiento. De
acuerdo con Cruden y Varnes (1996) este hecho, del que existe amplia evidencia
experimental, se refleja por una inclinación de los árboles, postes y otros elementos
similares, adoptando una posición perpendicular a la ladera, en lugar de la natural.
Según Tavenas y Leroueil (1981) el principal tipo de movimiento experimentado por
estos deslizamientos de tierra es una traslación o roto translacional de laderas el
39
llamado esfuerzo de fluencia, definida por la fuerza máxima de muestras
inalteradas, corresponde a una condición parcialmente ablandada rígida de arcilla
o esquisto durante la segunda fase, pero antes de que la condición completamente
suavizada sea alcanzada, la fuerza intacto se deteriora con el tiempo también como
resultado de cargas de fluencia inducida por cizallamiento. Así, la intacta el esfuerzo
de fluencia de una masa de arcilla firme y arcilla de esquisto depende en gran
medida el grado de reblandecimiento y de la duración del deslizamiento.
4.5 Perfil del desplazamiento
Este movimiento se genera sobre las capas externas del terreno por la influencia de
factores climáticos de acuerdo con la temporada o estación del año, ocasionando
cambios en el volumen del material por la fluctuación en el contenido del agua o
variación en la temperatura. De hecho como se ha mencionado anteriormente; en
ambientes periglaciales los cambios volumétricos se generan por el congelamiento
y descongelamiento del agua contenida en la masa del suelo o en un afloramiento
rocoso; en climas tropicales como el nuestro, el efecto es producido por contención
de taludes en estado viscoplástico.
Una característica de este tipo de movimiento es la distribución de los
desplazamientos resultantes al no presentar una superficie definida entre la masa
en movimiento y la que permanece inmóvil, los desplazamientos son dispersos y no
concentrados contrario a lo que ocurre en los deslizamientos cuya superficie de falla
es evidente.
a) Falla por deslizamiento superficial
4.5.1 Movimiento superficial
40
Cualquier talud está sujeto a fuerzas naturales que tienden a hacer que las
partículas y porciones del suelo próximas a su frontera deslicen hacia abajo; el
fenómeno es más intenso cerca de la superficie inclinada del talud a causa de la
falta de presión normal confinante que allí existe.
Según Hutchinson (1988) este movimiento se inicia debajo del límite del creep
superficial y ocurre a esfuerzos constantes inferiores a la resistencia última del
material. Se puede presentar antes de la falla y después de la falla como se
manifiesta en la Figura 4.1.
Figura 4.1 - Perfil de desplazamiento movimientos lentos (DEASAI Y OTROS, 1995)
4.5.2 Movimiento en profundidad
41
5 METODOS DE CALCULO DE EMPUJES DE TIERRA
De acuerdo con Barros (2012) los empujes de tierra son definidos como la resultante
de las presiones laterales ejercidas por el suelo sobre una estructura de tierra o
fundación, estas presiones pueden ser debidas al peso propio del suelo o a las
sobrecargas que se encuentran sobre ellas. Las primeras teorías desarrolladas
sobre el asunto fueron las de Coulomb (1776) y Rankine (1857), hasta hoy han sido
usadas con una precisión aceptable.
Los taludes verticales y suelos inestables en la mayoría de los casos son soportados
por muros de contención, tablestacas en voladizo vertical, cortes apuntados y otras
estructuras similares, Das (2006) cita que el diseño adecuado de esas estructuras
requiere la estimación de la presión lateral de tierra que es una función de varios
factores como: tipo y magnitud del movimiento, los parámetros de resistencia
cortante del suelo, el peso específico del suelo y condiciones de drenado en relleno.
El valor del empuje sobre una estructura depende fundamentalmente de la
deformación que este sufre bajo la acción de este empuje, esto puede ser
representado en la Figura 5.1 donde una estructura soporta un macizo de tierra, se
verifica que la presión ejercida por el suelo sobre la estructura varía a medida que
se desplaza.
Cuando la estructura se aparta del macizo del suelo, ocurre una disminución en
empuje hasta un valor mínimo que corresponde al total de la movilización de la
resistencia interna del suelo; esta condición es alcanzada con un pequeño
desplazamiento de la estructura y es llamado estado activo. El empuje actuante en
este instante es llamado empuje activo (Ea).
42
Figura 5.1 - Deformación bajo acción del empuje en la estructura de contención
Si por el contrario, la estructura fuera movida contra el macizo del suelo, abra un
aumento en el empuje hasta un valor máximo donde ocurrirá nuevamente una
movilización total de la resistencia del suelo; este valor máximo es llamado empuje
pasivo (Ep) y la condición de deformación en que ocurre es llamado estado pasivo.
La diferencia del estado activo entre el estado pasivo, es que el estado pasivo solo
se alcanza después de una deformación grande de la estructura de contención.
Y cuando la estructura se mantiene inmóvil en la posición inicial, la presión lateral
de tierra sobre la estructura a cualquier profundidad se llama empuje en reposo (Eo)
el cual se mantendrá entre los valores de empujo activo y empujo pasivo, en esta
condición no hay una completa movilización de la resistencia del suelo. El estado
de reposo es la condición en que el suelo se encuentra sin deformación vertical o
horizontal, en estas condiciones la relación entre las tensiones efectivas y verticales
es denominada coeficiente de empujo en reposo.
k0 =σ′ha
σ′v (5.1)
El valor de (k0) es uno de los parámetros geotécnicos de mayor dificultad para ser
medido existe expresiones empíricas con base en ensayos de laboratorio o campo
43
de las presiones laterales, la expresión más utilizada es con base a la teoría de Jaky
(1944) y está dada por la siguiente ecuación:
ko = 1 − senφ (5.2)
Esta expresión es válida apenas para suelos normalmente consolidados, para
suelos pre-consolidados el valor de la presión lateral es más elevado, dependiendo
principalmente del grado de pre-consolidación del material.
El problema de la determinación de magnitud y distribución de presiones laterales
del suelo es estáticamente indeterminado y son necesarias hipótesis simplificadoras
entre las tensiones y las deformaciones del suelo para que se pueda llegar a la
solución. Los métodos clásicos empleados en la geotecnia para determinar
empujes activos y pasivos adoptan relaciones rigido-plasticas entre las tensiones y
deformaciones del suelo, este modelo presenta la ventaja de facilitar el cálculo de
las deformaciones de la estructura, ya que cualquier deformación es suficiente para
alcanzar la plastificación del material.
De acuerdo con Barros (2012) como criterio de plastificación es empleando casi
exclusivamente el criterio de Mohr-Coulomb, según este criterio la tensión a cortante
() a lo largo de una superficie de ruptura debe ser igual a la resistencia (s) que es
dada por:
𝑠 = 𝑐 + 𝜎𝑡𝑎𝑛𝜑 (5.3)
Dónde,
𝜎 = tensión normal que actúa sobre la superficie de ruptura
44
𝑐 = cohesion
= ángulo de fricción
En términos del círculo de Mohr tenemos (Figura 5.2):
Activo {σ1 = σv
σ3 = σha Pasivos {
σ1 = σhp
σ3 = σv
Figura 5.2 - Estado de tensiones en activo y pasivo
Y en términos de deformación (Ver Figura 5.3)
Figura 5.3 - Empuje en términos de deformación
Donde,
45
ka =σ′Ha
σ′v< 1 coeficiente de empujo activo (5.4)
kp =σ′Hp
σ′v> 1 coeficiente de empujo pasivo (5.5)
5.1 Rankine
De acuerdo con Das (2006) esta teoría se basa en la ecuación de ruptura de Mohr,
cuando la estructura de contención permanece en reposo, la tensión horizontal
sobre el elemento es indeterminada, pero al ser apartado del suelo hasta la
formación del estado activo, esta tensión puede ser determinada a partir de la
envolvente de resistencia del material como es mostrado en la Figura 5.2.
El circulo “a” en la Figura 5.2 representa la condición de falla en la masa de suelo,
el esfuerzo horizontal es igual entonces (σ′a) y se denominada presión activa de
Rankine, las líneas de deslizamiento en el suelo forman ángulos de (45+𝜑
2) con la
horizontal. La ecuación que relaciona los esfuerzos principales para un círculo de
Mohr que toca la envolvente de falla Mohr – Coulomb es:
σ1 = σ3𝑡𝑎𝑛2 (45 +
2) + 2ctan(45 +
2) (5.6)
Donde,
Esfuerzo principal mayor σ1 = σv
Esfuerzo principal menor σ3 = σha
Entonces,
σv = σha𝑡𝑎𝑛2 (45 +
2) + 2ctan(45 +
2) (5.7)
σha =σv
𝑡𝑎𝑛2 (45+
2)
−2𝑐
𝑡𝑎𝑛2 (45+
2) (5.8)
σha = σv𝑡𝑎𝑛2 (45 +
2) − 2ctan(45 +
2) (5.9)
46
σha = σvka − 2c√Ka (5.10)
σ′ha = γzka − 2cH√ka (5.11)
Donde,
ka = coeficiente de presión activa de Rankine
ka = tan2 (45 −φ
2) =
1−senφ
1+senφ (5.12)
Atraves del anterior resultado se puede determinar el valor de empuje activo
resultante (Ea) sobre una estructura de contención.
Ea =1
2γH2 ka − 2cH√ka (5.13)
Donde H es la altura del muro y la fuerza será aplicada a 1/3 de la altura.
Para suelos cohesivos, aparentemente hay una presión (tensión) negativa en la
parte alta de la estructura, partiendo de la ecuación 5.11 se puede observar que
habrá un punto en donde σha = 0, ese punto corresponde a:
γzka = 2c√Ka (5.14)
z0 =2c
γ
1
√Ka (5.15)
De acuerdo a la ecuación 5.15 se verifica que el suelo cohesivo en estado activo
está sujeto a tensiones de tracción, estas tensiones de tracción se prologan hasta
una profundidad “z0”. La ecuación muestra que la presión horizontal se anula siendo
negativa encima de z0 y positiva debajo de esta profundidad Figura 5.4 (a).
47
Segundo Bowles (1996) el suelo normalmente no resiste tensiones de tracción,
debido a esto se abren grietas en la superficie hasta una profundidad “z0”, esta
presión negativa debe despreciarse por que disminuiría el valor del empuje activo
resultante, además estas grietas pueden estar llenas con agua proveniente de
lluvias lo que puede aumentar más el valor del empuje. La Figura 5.4 (b) y 5.4 (c)
muestra la distribución de tensiones aproximada sugerida por Bowles (1996).
Figura 5.4 - a) Zona activa de la estructura de contención; b) Profundidad de grieta de tracción; c) Diagrama de tensión sugerido para suelos cohesivos por
(BOWLES, 1996)
En caso la estructura de contención se mueva contra el suelo hasta el estado
pasivo, esta tensión puede ser determinada a partir de la envolvente de resistencia
del material como es mostrado en la Figura 5.2. Observe que este círculo de Mohr
“b” toca la envolvente de falla de Mohr-Coulomb, lo que implica que el suelo que se
encuentra atrás de la estructura fallará. El esfuerzo horizontal en ese punto se llama
presión pasiva de Rankine
Para el círculo de Mohr “b” en la Figura 5.2 el esfuerzo principal mayor es (σ′hp) y
el esfuerzo principal menor es (σ′v0), obteniéndose la siguiente ecuación:
48
σhp = σv𝑡𝑎𝑛2 (45 +
2) + 2ctan(45 +
2) (5.16)
Siendo (Kp) el coeficiente de Rankine de presión pasiva de tierra:
kp = 𝑡𝑎𝑛2 (45 +
2) (5.17)
σ′hp = kpγz + 2cH√kp (5.18)
Dónde,
kp es el coeficiente de presión pasiva de Rankine
kp = tan2 (45 +φ
2) =
1∓senφ
1−senφ (5.19)
Atraves del anterior resultado se puede determinar el valor de empuje pasivo
resultante “Ep” sobre una estructura de contención.
Ep =1
2γH2 kp + 2cH√kp (5.20)
La dirección de las superficies de ruptura en el estado activo y pasivo se muestra
en la Figura 5.5.
49
Figura 5.5 - Planos de ruptura en estado activo y pasivo (BARROS, 2012)
5.2 Coulomb
Coulomb en el año 1776 propuso una teoría para calcular la presión lateral de tierra
sobre una estructura de contención en un suelo granular, esta teoría toma en cuenta
la fricción de la estructura de contención, admitiendo que el ángulo de fricción entre
la estructura de contención y el suelo es conocido como (𝛿) (DAS, 2006).
Coulomb asume que en el instante de la movilización total de la resistencia del suelo
se forman superficies de deslizamiento o de ruptura en el interior del macizo. Estas
superficies delimitaran entonces una parte del macizo que se mueve en sentido de
la deformación de la estructura. Bajo presión activa, la estructura se moverá
alejándose de la masa de suelo, el método de Coulomb supone que esas superficies
de ruptura son planas y el empujo es aquel que actúa sobre la más crítica; será
considerada como superficie de ruptura aquella que corresponder al mayor valor de
(Ea).
La ventaja de este método es que se considera la ocurrencia de la fricción entre la
estructura de contención y el suelo además de posibilitar el análisis de estructuras
50
de contención con el paramento no vertical. Para hallar la fuerza activa se considera
una posible cuña de falla del suelo ABC Figura 5.6
Figura 5.6 - Fuerzas que actúan sobre la cuña de suelo en el caso activo
(BARROS, 2012)
Las fuerzas que actúan sobre la cuña son las siguientes:
P = peso propio;
R = resultante, de las fuerzas normales y cortantes resistentes a lo largo de la
superficie BC, la fuerza R esta inclinada un ángulo () en relación a la
superficie de ruptura.
Ea = es el empuje activo, esta fuerza está inclinada un ángulo () respecto a la
normal al paramento del muro.
= ángulo de fricción entre el suelo y la estructura de contención; la superficie
potencial de ruptura forma un ángulo (𝜌) con la horizontal.
Las ecuaciones basadas en la teoría de Coulomb para suelos no cohesivos pueden
ser derivadas de la Figura 5.7 usando relaciones trigonométricas.
51
Figura 5.7 - Cuña de falla usada para derivar la ecuación de Coulomb para la tensión activa (BOWLES, 1996)
El valor del peso propio es:
P = γA =γH2
2 sen2 α[sen(α + ρ)
sen(α+i)
sen(ρ−i)]
(5.21)
La fuerza activa es una componente del vector peso como se muestra en la Figura
5.7 (b), aplicando la ley de senos es posible obtener:
Ea
sen(α−ρ)=
P
sen(180°−α−ρ+φ+δ)
(5.22)
o
Ea =Psen(α−ρ)
sen(180°−α−ρ+φ+δ)
(4.23)
Combinado la ecuación 5.21 y 5.23 se obtiene:
Ea =γH2
2 sen2 α[sen(α + ρ)
sen(α+i)
sen(ρ−i)]
Psen(α−ρ)
sen(180°−α−ρ+φ+δ)
(5.24)
52
La fuerza activa máxima o el empuje activo máximo es obtenida de la derivada de
la ecuación anterior en relación al ángulo de la superficie de ruptura “”:
dEa
𝑑𝜌= 0 (5.25)
Ea =γH2
2
sen2 (α+ρ)
sen2 α sen(α−δ)[1+√sen(φ+δ)sen(φ−i)
sen(α−δ)sen(α+i)]
2
(5.26)
Si 𝜌 = 𝛿 = 0 y 𝛼 = 90° un muro vertical recto con terraplén horizontal la ecuación
puede ser simplificada:
Ea =γH2
2
(1−senφ)
(1+senφ)=
γH2
2(45° −
φ
2) (5.27)
Que es la misma ecuación propuesta por Rankine y puede ser reescrita como:
Ea =γH2
2Ka
(5.28)
Donde ka,
ka =sen2 (α+φ)
sen2 sen(α−δ)[1+√sen(φ+δ)sen(φ−i)
sen(α−δ)sen(α+i)]
2
(5.29)
El empuje pasivo es determinado de forma similar al activo, con excepción en los
diagramas de fuerzas, debido al sentido de la deformación de la estructura de
53
contención, la superficie más crítica es aquella que lleva Ep a un valor mínimo Figura
5.8.
Figura 5.8 - Cuña de empuje pasivo definida por Coulomb (BOWLES, 1996)
El valor de la fuerza del peso está sujeto a la falla y está determinada por la siguiente
ecuación:
P =γH2
2 sen(ρ + )
sen(α+i)
sen(ρ−i)
(5.30)
Aplicando la ley de senos se obtiene
Ep =Psen(ρ+)
sen(180°−ρ−φ−δ−α)
(5.31)
La fuerza mínima que determina el empujo pasivo es encontrado una vez que:
dEp
𝑑𝜌= 0 (5.32)
54
De acuerdo a lo anterior el empuje activo está dado por:
Ep =γH2
2
sen2 (α−)
sen2 α sen(α+δ)[1+√sen(φ+δ)sen(φ+i)
sen(α+δ)sen(α+i)]
2
(5.33)
Si 𝛽 = 𝛿 = 0 y 𝛼 = 90° un muro vertical recto con terraplén horizontal la ecuación
puede ser simplificada:
Ep =γH2
2
(1+senφ)
(1−senφ)=
γH2
2(45° +
φ
2) (5.34)
La ecuación puede ser reescrita como:
Ep =γH2
2Kp
(5.35)
Dónde,
kp =sen2 (α−φ)
sen2 sen(α+δ)[1+√sen(φ+δ)sen(φ+i)
sen(α+δ)sen(α+i)]
2
(5.36)
5.3 Equilibrio límite
Los métodos de cálculo de empujes presentados anteriormente son los más
utilizados profesionalmente para el diseño de estructuras de contención. Sin
embargo estos métodos contemplan una superficie de falla plana, donde el empuje
sobre la estructura es dado por la cuña de falla atrás de este. En el caso de
estructuras de contención para deslizamientos el empuje es provocado por una
masa de suelo de mayor proporción de acuerdo con la dimensión de la superficie
55
de falla, en el caso de deslizamientos lentos la superficie de falla puede alcanzar
decenas de metros por lo cual los empujes calculados por los métodos
convencionales estará muy por debajo de los actuantes en la realidad.
Uno de los métodos utilizados por los ingenieros para determinar el empuje sobre
estructuras de contención es derivado de los métodos de análisis de taludes por
equilibrio limite como Fellenius, Bishop, Janbu, Morgenstern – Price etc. Apartir de
estos análisis dividiendo la masa de suelo en tajadas y encontrando la superficie de
falla critica se puede encontrar el empuje sobre una estructura de contención, a
continuación se explicara este método de cálculo.
Las metodologías de equilibrio límite permiten evaluar la estabilidad de una masa
de suelo o roca la cual se está deslizando o se encuentra en estado potencial de
deslizarse sobre una superficie de falla. Los métodos de equilibrio límite calculan el
factor de seguridad evaluando las fuerzas actuantes y resistentes sobre una masa
de suelo. Estos métodos suponen que la masa de suelo se está moviendo sobre
una superficie de falla específica. Para laderas naturales estables donde no se han
presentado movimientos o taludes proyectados para el desarrollo de proyectos
ingenieriles, la superficie de falla que se debe escoger es las más crítica de las
múltiples que se pueden presentar, por el contrario al analizar laderas donde ya se
han presentado movimientos, ya existe una superficie de falla formada esta debe
simularse en los análisis a realizar.
La superficie de falla puede adoptar diferentes formas, dependiendo de factores
como la geología, topografía, las propiedades mecánicas de los materiales. Las
hipótesis de equilibrio límite son las siguientes:
56
a) La falla que se presenta es plástica.
b) Las superficies de falla pueden ser planas o curvas.
c) Los bloques están limitados por las superficies de falla o deslizamiento.
d) Los bloques están limitados por las superficies de falla y la superficie del
terreno.
e) Los bloques se consideran cuerpos rígidos; las fuerzas internas no se tienen
en cuenta en el análisis.
f) Factor de seguridad, aplicado a la resistencia al corte a lo largo de la
superficie de deslizamiento:
𝜏 = 𝑐′ + 𝜎′ tan 𝜑′ (5.37)
𝜏𝑟 =𝑐′
𝑛𝑐+ 𝜎′ tan 𝜑′
𝑛𝜑 (5.38)
Donde,
𝑛𝑐 = factor de seguridad para cohesión.
𝑛𝜑 = factor de seguridad para fricción.
Si los dos factores de seguridad son iguales el factor de seguridad es global, por el
contrario si cada uno es diferente el factor de seguridad es parcial. Si la resistencia
reducida es la que actúa a lo largo de la superficie de falla se encuentra en equilibrio
límite.
La teoría de equilibrio límite se basa en el teorema del colapso mecánico de la
plastomecanica y requiere de los conceptos de campo de esfuerzos permisibles y
campo de velocidades cinematicamente permisible. El colapso plástico es definido
como la falla de un material plástico de tal modo que bajo cargas constantes se
presentan velocidades de deformación plástica (휀𝑖𝑗𝑝 ) indeterminadas, con un
crecimiento ilimitado de las deformaciones plásticas (휀𝑖𝑗𝑝 ) ; en los sitios del cuerpo
57
del suelo donde se presentan deformaciones plásticas los esfuerzos satisfacen la
condición límite. El estado de colapso plástico es definido como estado de equilibrio
y es representado por la siguiente ecuación:
𝜎1 − 𝜎3 = 2𝐶𝑢 (5.39)
5.4 Modelo visco plástico
El SS-model, se encuentra basado en el modelo constitutivo de cam clay
modificado. El modelo asume una relación logarítmica entre las deformaciones
volumétricas (휀𝑣) y los esfuerzos medios efectivos 𝑝′. La ecuación que define el
comportamiento del material es la siguiente:
휀𝑣 − 휀𝑣0 = 𝜆∗ ∙ 𝑙𝑛 (𝑝′
𝑝0′ ) (5.40)
Para condiciones de carga/descarga isotrópica las deformaciones volumétricas
están descritas como:
휀𝑣𝑒 − 휀𝑣0
𝑒 = 𝜅∗ ∙ 𝑙𝑛 (𝑝′
𝑝0′ ) (5.41)
El parámetro (𝜅∗ ) es el índice de compresión modificado que determina el
comportamiento del suelo durante la descarga y recarga. Este comportamiento se
supone que es elástico y esta descrito por la ley de Hooke ecuación 4.41, que
implica la siguiente dependencia estrés lineal del módulo de rigidez tangente.
𝐸𝑢𝑟 = 3(1 − 2𝜐𝑢𝑟) ∙𝑝′
𝜅∗ (5.42)
5.4.1 Soft Soil Model
58
El subíndice (ur) se utiliza para indicar que el parámetro está relacionado con la
carga y descarga. En el SS-model (𝜅∗ ) y (𝜐𝑢𝑟) se utilizan como parámetros de
entrada para calcular las deformaciones elásticas. Para el estado de esfuerzo
triaxiales la curva de fluencia del SS-model se define como:
𝑓 = 𝑝𝑒𝑞 − 𝑝𝑝𝑒𝑞
(5.43)
Donde, (𝑝𝑒𝑞) está relacionado con los estados actuales de esfuerzo y (𝑝𝑝𝑒𝑞) es
equivalente al esfuezo de pre-consolidación:
𝑝𝑒𝑞 =𝑞2
𝑀2(𝑝ʹ+ 𝑐 ʹ∗𝑐𝑜𝑡ʹ)+ (𝑝ʹ + 𝑐ʹ ∗ 𝑐𝑜𝑡ʹ) (5.44)
El esfuerzo (𝑝𝑝𝑒𝑞) es función de las deformaciones plásticas:
𝑝𝑒𝑞 = 𝑝𝑝0𝑒𝑞exp (
∆𝜀𝑣𝑝
(𝜆∗− 𝑘∗)) (5.45)
La curva de fluencia (ecuación 5.43), puede describirse como una elipse en el plano
(p’- q). Una línea con pendiente (M), corta a la elipse en su parte más alta. En el
modelo de Cam Clay modificado por Burland 1965, 1967, (M) representa la línea
del estado crítico, los cuales representan los esfuerzos en la rotura pico. Debe
tenerse en cuenta que el criterio de la línea (MC), en el SS-model, emplea los
parámetros de resistencia (𝑐′) y (′) para describir la superficie de falla. Las líneas
(M – línea) y (MC-línea) tiene el mismo punto de origen en (𝑐′ ∙ cot 𝜑′) en la Figura
5.9 se presentan las dos líneas y en la ecuación 5.44 se tiene en cuenta.
59
Figura 5.9 - Superficie de fluencia en el modelo SS-model en el plano (p’ – q).
La curva de fluencia se presenta en la Figura 5.9, la línea gruesa representa el límite
de las deformaciones elásticas. La línea de falla (MC) es fija, sin embargo puede
cambiar la parte superior (𝑝𝑝𝑒𝑞
) debido a la compresión primaria.
60
Probablemente Buisman (1936) fue el primero en proponer una ley constitutiva para
el creep, después de observar que los asentamientos en suelos blandos no pueden
ser explicados totalmente por la teoría de la consolidación. Autores como Bjerrum
(1967) y Garlanger (1972) mencionan la compresión secundaria de suelos, sin
embargo el desarrollo matemático del 3D-creep, fue realizado por investigadores
como: Sekiguchi (1977), Adachi y Oka (1982) y Borja y Kavaznjian (1985).
Butterfield (1979) propuso una ecuación para el creep de la forma:
𝑒𝐻 = 𝑒𝑐𝐻 + 𝜇∗ × ln (
𝜏𝑐+𝑡′
𝜏𝑐) (5.46)
Donde,
La deformación por consolidación es dada por la expresión (𝑒𝑐𝐻). El índice de
fluencia (𝜇∗) describe la compresión secundaria por el logaritmo incremental del
tiempo. En esta ecuación (𝑒𝐻) es el logaritmo de la tensión. El tiempo (𝜏𝑐) no es
el tiempo de consolidación (𝑡𝑐), tampoco es un parámetro del material, (𝜏𝑐) depende
básicamente de la geometría del molde donde se realizó el ensayo y no de la
consolidación. Janbu (1969) desarrollo un método a partir de resultados
experimentales para hallar (𝜇∗) y (𝜏𝑐), la diferencia entre los tiempos (𝜏𝑐) y (𝑡𝑐), se
muestran en la Figura 5.10
5.4.2 Soft Soil Creep Model
61
Figura 5.10 - Comportamiento del creep y consolidación en un ensayo odometrico.
La velocidad de las deformaciones ecuación 5.47 se deriva de la ecuación 5.46
휀̇ =𝜇∗
𝜏𝑐+𝑡′ (5.47)
Y puede ser re-escrita inversamente como:
1
�̇�=
𝜏𝑐+𝑡′
𝜇∗ (5.48)
Para estados de esfuerzo isotrópico el índice de creep (𝜇 ∗) es el mismo, por lo
tanto se puede incluir la parte de la compresión secundaria y combinar la ecuación
5.41. Y así obtener las deformaciones volumétricas totales.
휀𝑣 = 휀𝑣𝑒 + 휀𝑣
𝑐𝑟 = 휀𝑣𝑐𝑒 + 휀𝑣𝑐
𝑐𝑟 + 휀𝑣𝑎𝑐𝑐𝑟
휀𝑣 = 𝑘∗ ln (𝑝ʹ
𝑝0′) + (𝜆∗ − 𝑘∗) ln (
𝑝𝑝𝑐′
𝑝𝑝0′) + 𝜇∗ ln (
𝜏𝑐+𝑡ʹ
𝜏𝑐) (5.49)
Donde, (휀𝑣) son las deformaciones volumétricas totales debido al incremento de la
tensión media efectiva desde (𝑝0′ ) a (𝑝′) en un periodo de tiempo (𝑡𝑐 + 𝑡′). Las
deformaciones volumétricas se encuentran divididas en elásticas y visco – plásticas
por creep, denotadas por (e) y (cr) respectivamente. La parte visco plástica puede
62
ser separada en dos partes, una antes de la consolidación y otra después de la
consolidación estas están denotadas por (𝑐) y (𝑎𝑐), respectivamente. El subíndice
(𝑐) ha sido añadido a la deformación elástica para señalar que este también está
relacionado con la consolidación. En la Figura 5.11 se presenta la curva que define
la relación entre las deformaciones volumétricas y los esfuerzos promedios
incluyendo el creep.
Figura 5.11 - Relación entre las deformaciones volumétricas y esfuerzos romedios incluyendo el creep.
Hay que señalar que la curva de consolidación isotrópica no se alcanza después de
terminar la consolidación, pero en algunos creep ha ocurrido, de hecho la línea (IC)
es la obtenida al realizar el aumento de carga por día. Esta se basa en la suposición
de que la consolidación se produce en un solo día.
La ecuación 5.48 es válida para esfuerzos promedio constantes, pero para cargas
transitorias o continuas es necesario formular la ley constitutiva en forma diferencial.
Además aún está la cuestión de cómo expresar el tiempo analíticamente, por lo
tanto la idea básica es asumir que todas las deformaciones inelásticas son
dependientes del tiempo. De acuerdo a Bjerrum, (1967), el esfuerzo de
preconsolidación depende totalmente de la cantidad de deformaciones por creep
acumuladas en el tiempo. La ecuación 5.48, puede ser escrita como:
63
휀𝑣 = 휀𝑣𝑒 + 휀𝑣
𝑐𝑟
휀𝑣 = 𝑘∗ ln (𝑝ʹ
𝑝0′) + (𝜆∗ − 𝑘∗) ln (
𝑝𝑝′
𝑝𝑝0′) (5.50)
Dónde,
𝑝´𝑝 = 𝑝´𝑝0exp (∆𝜀𝑣
𝑐𝑟
(𝜆∗−𝑘∗))…… (5.51)
Combinando las ecuaciones 5.50 y 5.51, obtenemos:
휀𝑣 = 휀𝑣𝑒 + 휀𝑣
𝑐𝑟
휀𝑣 = (𝜆∗ − 𝑘∗) ln (𝑝𝑝
′
𝑝𝑝0′)
휀𝑣 = 𝜇∗ ln (𝜏𝑐+𝑡ʹ
𝜏𝑐) (5.52)
Suponiendo, que en los ensayos la carga se incrementa de forma gradual y cada
fase de carga se mantiene en un periodo constante de (𝑡𝑐 + 𝑡′) = (𝜏), donde (𝜏) es
precisamente un día, obteniéndose entonces la llamada línea IC - line con (𝑝𝑝′ ) =
(𝑝′).
La ecuación 5.43 está escrita para 𝑂𝐶𝑅 =𝑃𝑃
′
𝑃′ = 1 por lo tanto:
(𝜆∗ − 𝑘∗) ln (𝑝𝑝
′
𝑝𝑝0′) = 𝜇∗ ln (
𝜏𝑐+𝑇−𝜏𝑐
𝜏𝑐) (5.53)
Con respecto a (𝜏) la diferencia entre ( 𝜏𝑐 − 𝑡𝑐) es muy pequeña, la ecuación 5.53
puede ser simplificada a:
64
𝜏
𝜏𝑐= (
𝑝𝑝′
𝑝𝑝0′)
𝜆∗−𝑘∗
𝜇∗
o 𝜏𝑐 = 𝜏 (𝑝𝑝
′
𝑝𝑝0′)
𝜆∗−𝑘∗
𝜇∗
(5.54)
Derivando en función de (𝜏𝑐) es ahora posible formular una ecuación diferencial
para el creep.
휀𝑣 = 휀𝑣𝑒 + 휀𝑣
𝑐𝑟 = 𝑘∗ 𝑝´
𝑝´+
𝜇∗
𝜏𝑐+𝑡´ (5.55)
Donde (𝜏𝑐 + 𝑡′) puede ser eliminado por medio de la ecuación 5.52 se obtiene,
휀𝑣 = 휀𝑣𝑒 + 휀𝑣
𝑐𝑟 = 𝑘∗ 𝑝´
𝑝´+
𝜇∗
𝜏𝑐(
𝑝𝑝′
𝑝𝑝0′)
𝜆∗−𝑘∗
𝜇∗
(5.56)
Donde (𝑝𝑝′ ) es definido en la ecuación 5.51, insertando la ecuación 5.54 en la 5.56
se obtiene:
휀𝑣 = 휀𝑣𝑒 + 휀𝑣
𝑐𝑟 = 𝑘∗ 𝑝´
𝑝´+
𝜇∗
𝜏(
𝑝𝑝′
𝑝𝑝′)
𝜆∗−𝑘∗
𝜇∗
(5.57)
Asumiendo la misma curva de modelo SS-model las deformaciones pueden ser
definidas como:
휀 = 𝐷−1𝜎′ +1
𝛼
𝜇
𝜏
∗(
𝑝𝑒𝑞
𝑝𝑝𝑒𝑞) 𝑘∗ 𝑝´
𝑝´+
𝜇∗
𝜏(
𝑝𝑝′
𝑝𝑝′)
𝜆∗−𝑘∗
𝜇∗ 𝜕𝑝𝑒𝑞
𝜕𝜎′ (5.58)
Dónde,
𝑝𝑝𝑒𝑞 = 𝑝𝑝
𝑒𝑞 exp (∆𝜀𝑣
𝑐𝑟
𝜆∗−𝑘∗) (5.59)
Y (𝛼) está definido como:
65
𝛼 =𝜕𝑝
𝑒𝑞
𝜕𝑝′ (5.60)
El SSC-model es una extensión del modelo SS-model que tiene en cuenta la
deformación por creep.
66
6 CASO DE ESTUDIO
6.1 Localización
El sitio en estudio se encuentra ubicado sobre la Transversal del Carare en el PR
66+980, entre los municipios de Barbosa y Vélez. En este sector se han presentado
a lo largo de los últimos años deslizamientos asociados con materiales de baja
resistencia, principalmente coluviones arcillosos INVIAS ha realizado en numerosas
ocasiones intervenciones, siendo estas insuficientes con la magnitud del
movimiento.
Para el desarrollo de este proyecto se recopilo información de estudios realizados
anteriormente en el sitio, con el fin de conocer las características geotécnicas y
magnitud de los movimientos que se han presentado.
Entre las abscisas K66+960 y K66+990 se identifica un fenómeno de inestabilidad
que afecta la banca de la vía ocasionándole hundimientos y desplazamientos. Al
costado interno de la vía se encuentran materiales sueltos, muy húmedos de color
ocre amarillento. Se observa que estos materiales se encuentran en constante
movimiento evidenciados por los hundimientos y corrimientos de la vía. Sobre la
mitad del sector afectado se encuentra una alcantarilla de diámetro de 36”, el encole
de la alcantarilla se encuentra obstruido por el material deslizado, impidiendo la
entrada de agua.
Históricamente ha sido declarado por el INVIAS como un sitio inestable presentando
deformaciones continuas, aunque en ningún momento se ha presentado pérdida
total de la banca, ya que a medida que se van presentado movimientos se nivela
mediante material granular.
67
La Fotografía 6.1 tomada en sentido Vélez – Barbosa, muestra el deslizamiento y
su avance sobre el costado interno de la vía destruyendo la cuneta interna y
obstruyendo el encole de la alcantarilla.
Fotografía 6.1 - Vista del sector en estudio
En la Fotografía 6.2 tomada en sentido Barbosa – Vélez, se puede apreciar el
deterioro de la vía con deformaciones traducidas en hundimientos y
desplazamientos. Las obras hidráulicas como cunetas, han sido totalmente
destruidas y el tránsito de vehículos por el sector presenta alta dificultad.
Fotografía 6.2 - Vista de los hundimientos en la vía.
68
La Fotografía 6.3 corresponde al costado exterior de la vía, se observa un
desplazamiento horizontal de 2.0 m aproximadamente. En el fondo se muestra el
sector de la vía que no ha presentado movimientos, separado por el flanco derecho
del deslizamiento, adyacente a la alcantarilla existente.
Fotografía 6.3 - Hundimiento en la parte interna de la vía.
6.2 Exploración Geotecnia
La empresa Torres Ing. S.A.S encargada de llevar a cabo los estudios y diseños
para el sector, adelantó la exploración geotécnica. La cual consistió en
perforaciones a roto percusión y apiques con recuperación de muestras en bloques,
para ensayos de resistencia mecánica con el menor grado de alteración posible.
Las perforaciones se realizaron con equipo mecánico, realizando ensayos de
penetración estándar de manera continua en los suelos, continuando con
perforación diamantina recuperando muestras en los materiales más resistentes.
69
Los apiques fueron realizados con una sección transversal de 1 m x 1 m, y fueron
ejecutados con herramienta manual.
La línea de refracción sísmica se realizó en la parte central del deslizamiento y en
dirección paralela al movimiento, de longitud de 35 m y profundidad máxima de 16
m. La fuente de refracción utilizada es convencional accionada por un martillo
mecánico de 22 lb.
En la Figura 6.1 se puede observar la localización de los sondeos, apiques y la línea
de refracción sísmica ejecutados en el sector en estudio y en la Tabla 6.1 se
encuentran las coordenadas y la profundidad de los sondeos, apiques y refracción
sísmica realizada en campo.
Figura 6.1 - Ubicación en planta de Sondeos y Apiques
6.2.1 Localización de sondeos y apiques
70
Tipo de exploración Profundidad
[m]
Coordenada
Cota inicial Cota final Norte Este
Sondeo N 1 15 1.048.842.042 1.147.826.886 1751 1746
Tabla 7.3 - Cantidades y costos de los muros propuestos.
112
8 CONCLUSIONES
Este proyecto ha pretendido dar una visión general del problema de los
deslizamientos lentos. Llegado a la conclusión de que la mejor manera de
tratar este problema es obtener la mayor información de la cinematica del
movimiento y el comportamiento del material una vez ha iniciado el proceso.
Los deslizamientos lentos, tienen características morfológicas y topográficas
que los hace fácilmente identificables. La magnitud de estos deslizamientos
puede abarcar extensas áreas y su profundidad puede ser desde muy
superficiales, hasta profundidades mayores a los 30 m. La velocidad del
movimiento puede ser desde extremadamente lenta, de unos centímetros al
año, a lenta, cuando produce deformaciones de metros al año.
El comportamiento mecánico de los deslizamientos lentos está ligado al tipo
de material que compone el deslizamiento, siendo suelos de origen coluvial,
matriz soportados con gravas, de baja permeabilidad, alta relación de vacíos
y altamente compresibles. La característica más importante y que lo diferencia
de otros tipos de materiales es el comportamiento viscoso, haciéndolo más
similar al comportamiento de un fluido viscoso que a un sólido deformable.
Se han empleado métodos como el de Newton, teorías visco plásticas y elasto
visco plásticos para definir la cinemática del movimiento a partir de parámetros
hallados en ensayos de laboratorio. La característica de estos modelos es
incluir las deformaciones viscosas o por creep en los modelos.
Para el cálculo de empujes sobre estructuras de contención, en deslizamientos
lentos es común en nuestro medio emplear teorías clásicas que solo tienen en
113
cuenta las deformaciones plásticas y una cuña de falla en el trasdos del muro,
sin importar la magnitud y tipo del deslizamiento.
Al realizar el cálculo de empujes, en una estructura de contención como
solución para un deslizamiento lento, empleando diferentes métodos,
incluyendo las teorías clásicas de empujes y modelos constitutivos que tienen
en cuenta las deformaciones por fluencia o creep, se observa una gran
diferencia en los cálculos siendo casi el doble la fuerza equivalente en el
método que considera las deformaciones viscosas. El punto de aplicación de
la fuerza equivalente, presenta igualmente una variación significativa, el
método que tiene en cuenta las deformaciones viscosas, tiene un punto de
aplicación de mayor altura generando un momento superior, teniendo
consecuencias al realizar el analisis de estabilidad de la estructura.
Considerarando el comportamiento viscoso de los materiales en el calculo de
empujes de tierra en movimientos lentos, las estructuras de contención
proyectadas son mas robustas y los costos de construcción doblan a una
estructura diseñada por metodos tradicionales.
114
9 BIBLIOGRAFIA
Barros, P. L. A. Obras de Contenção – Manual Técnico, Maccaferri, 2012.
Bowles, J. E. Foundation analysis and design, 5th edition, McGraw-Hill, 1996.
Corominas, J. y García Yagüe, A. 1997. “Terminología de los movimientos de
ladera”. IV Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables. Granada. Vol.
3: 1051-1072
Cruden D. M. 1991. A simple definition of a landslide. Bull Inter Assoc Engng Geol 43, 27-29. Crude, D.M y Varnes, D. J (1996). Landslide types and processes. Pp 36-75 in A.K.
Turner and R.L Schuster, Editors: Landslides, Investigation and Mitigation. Special
Report 247, Transportation Research Board National Research Council.
DAS, B. M. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. 5ª edición. California State:
Thomson Canada. 2006. cap 11, 293-320
Goodman, R.E. y Bray, J.W. 1976. “Toppling of rock slopes”. Proceedings Specialty
Conference on Rock Engineering for Foundations and Slopes. Boulder, CO. ASCE.
Vol. 2: 201-234
Hance, J.J. (2003). Development of a Database and Assessment of Seafloor Slope
Stability Based on Published Literature. Project Report Prepared for the Minerals
Management Service. Texas.
115
Hutchinson, J.N. 1988. “Morphological and geotechnical parameters of landslides in
relation to geology and hydrogeology”. In Ch. Bonnard (Ed.): Landslides.
Proceedings 5th International Conference on Landslides. Lausanne. Vol. 1: 3-35
Hoek, E. y Bray, J.W. 1981. “Rock slope engineering”. Institution of Mining and
Metallurgy. London. 358 pp.
Varnes, D.J. (1978). Slope Movement Types and Processes. In Special Report 176:
Landslides: Analysis and Control (R.L. Schuster and R.J. Krizek, eds.), TRB,
National Research Council, Washington, D.C., pp.11-33.
WP/WLI (International Geotechnical Societies’ UNESCO Working Party on World
Landslide Inventory) (1993). A suggested method for describing the activity of a
landslide. Bulletin International Association of Engineering Geology, 47: 53-57.
Sharpe, C.F.S. 1938. “Landslides and related phenomena”. New Jersey. Pageant
Books Inc.
Suarez, J. D. Deslizamientos, Técnicas de Remedición 1 ª edición. Bucaramanga