cap2 mecanismos de falla

7/26/2019 Cap2 Mecanismos de Falla

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Captulo2

Mecanismos de falla

Figura 2.1 El mecanismo de falla es la explicacin tcnica de la forma como un talud estable se convierte eninestable, por la accin del deterioro y los agentes activadores.

La mayora de los taludes son aparentementeestables y estticos, pero realmente son sistemasdinmicos en evolucin. Un talud estable puededesestabilizarse con el tiempo y la ocurrencia deun deslizamiento es un fenmeno propio de eseproceso (Figura 2.1). Por lo tanto, se requiereconocer detalladamente lo que ocurre dentro de untalud para poder diagnosticar correctamente sucomportamiento. Este diagnstico es un aspectofundamental en la ciencia de la estabilidad delos taludes. Si el diagnstico es equivocado, lasmedidas remediales y/o los procedimientos deestabilizacin fracasaran.

Previamente al diseo de las medidasremediales, se debe tener un conocimientocompleto de la magnitud de la amenaza, las causasy los mecanismos que la generan. La elaboracindel modelo conceptual del comportamiento omecanismo de falla, es una de las actividades previasfundamentales para el diagnstico y remediacin

de los problemas de deslizamiento, especialmenteen los suelos residuales de ambientes tropicalesdonde la heterogeneidad de los materiales y lavariedad de los parmetros fundamentales, hacenque el anlisis determinstico sea impreciso.

Para elaborar los modelos conceptualesse requiere el conocimiento de la geologa, lamecnica de suelos, la hidrologa, la morfologay las caractersticas ambientales del sitio, entreotros elementos fundamentales. El objetivo del

presente captulo es analizar la inuencia de todosy cada uno de los diversos factores que determinanla estabilidad de un talud.

Modelos Conceptuales y DeterminsticosEn el modelo conceptual se describen, analizan yvaloran las causas y mecanismos que producen unfenmeno. El modelo conceptual explica cmo secomporta el talud de acuerdo con sus caractersticasfsicas, qumicas y ambientales y cmo actanlos mecanismos que produciran o estn

a) Antes de la Falla b) Despus de la Falla

Lluvia

Sismo

Infiltracin


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38 DESLIZAMIENTOS - ANLISIS GEOTCNICO

produciendo un determinado comportamiento.El modelo conceptual se puede representagrcamente o en forma escrita.

Una vez elaborado el modelo conceptual, sepuede realizar el anlisis determinstico o clculode factor de seguridad. El modelo determinsticodebe ser la representacin matemtica del modeloconceptual.

Los parmetros y condiciones de frontera quese van a utilizar en los anlisis matemticos,deben estar basados en el modelo conceptual. Nose debe elaborar un modelo matemtico si no setiene previamente un modelo conceptual.

FACTORES QUE AFECTAN ELCOMPORTAMIENTO

Los procesos que ocurren en un talud songeneralmente complejos y dependen de grancantidad de factores, los cuales interactanentre ellos para denir un comportamiento. Acontinuacin, se presenta una descripcin dealgunos de los factores fundamentales que afectanla estabilidad de los taludes.

Figura 2.2 Las caractersticas de la litologa y la estructura de la formacin geolgica determinan la susceptibilidada los deslizamientos, la localizacin de la supercie de falla y los tipos de movimiento. El ejemplo muestra undeslizamiento complejo en North Carolina. (North Carolina Geological Survey).

La Litologa o Formacin GeolgicaCada litologa o formacin geolgica posee undeterminado patrn de comportamiento. Porejemplo: Un granito y una caliza bajo condiciones

similares, desarrollan caractersticas diferentes deperl geotcnico y presentan un comportamientodiferente de los taludes como resultado delas diversas caractersticas de los materiales(permeabilidad, potencial de meteorizacin,erosividad, etc.).

Si el material que conforma el talud eshomogneo, el modelo conceptual es relativamentesencillo y fcil de interpretar; sin embargo, cuandoel talud est formado por varios tipos de roca osuelo, el comportamiento geotcnico del conjuntoes diferente al de cada material por separado.Este es el caso de los suelos residuales donde elmaterial completamente descompuesto, tiene uncomportamiento muy diferente al del materialmenos descompuesto, el saprolito o la roca.

En los taludes donde aparecen variosmateriales diferentes se debe elaborar un modeloque incluya todos los materiales, cada cual consu comportamiento caracterstico, pero al mismo

Elev.

1980 m

1900 m

1820 m

1740 m

1660 m

1580 m

100200 0300400500600700800 m

Erosin

Perfil meteorizado

Depsitoscoluviales

Superficie

de falla

Movimiento

Roca

Permeable

Movimientos

tectnicos

Fracturacin

Roca

impermeable


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39MECANISMOS DE FALLA

Figura 2.3 El ngulo de reposo depende de la litologa,tamao, la forma y microestructura de las partculas desuelo. La textura gruesa produce un ngulo de reposomayor.

tiempo, se debe analizar el comportamientoconjunto de los diversos materiales. Por ejemplo, unmaterial permeable sobre otro menos permeable,puede generar niveles de agua colgados, los cualespueden afectar la estabilidad del conjunto demateriales.

Un suelo duro puede fallar al cortante odeslizarse al deformarse un material subyacentemenos duro. Generalmente, en una formacingeolgica se encuentran varios tipos de materialy varios patrones de estructura, los cualesconjuntamente, determinan las caractersticas delos deslizamientos.

Generalmente, cada formacin geolgicatiene unos patronos tpicos que se repiten en losdiferentes taludes.

La MicroestructuraSe debe tener en cuenta adems de la litologapropiamente dicha, tanto la estructura como lamicroestructura de las partculas que conformanel suelo y la roca.

La microestructura incluye la fbrica y latextura de los materiales. Esta dene entre otrascosas el ngulo de reposo del material (Figura 2.3)y ste a su vez determina la pendiente mximaestable del talud.

La Estructura GeolgicaEs comn que los deslizamientos ocurran a lo largode las supercies de debilidad existentes en el sueloo la roca. A estas supercies de debilidad se lesconoce como la estructura geolgica la cual estconformada por las discontinuidades, fracturas,planos de estraticacin o supercies de debilidaddel macizo o talud (Figura 2.4). Los elementos deestructura geolgica que ms comnmente afectanlos deslizamientos son:

Los planos de estraticacin. Correspondena los planos de cambio de litologa del material,propios de las rocas sedimentarias. Estos planosson muy importantes para la ocurrencia dedeslizamientos, especialmente cuando el cambiode estraticacin es brusco. Por ejemplo, mantos

de arenisca (duros) sobre mantos de arcillolita(blandos).

Los planos de foliacin o esquistosidad. Sonplanos de microestructura comunes en las rocasmetamrcas. Estos planos representan superciesde debilidad para la ocurrencia de deslizamientosen los esquistos; y por esta razn, los esquistosson muy susceptibles a los deslizamientos.

Las fracturas. Son planos de separacin orotura, los cuales se encuentran presentes en la

mayora de formaciones rocosas. La fracturacinest relacionada con los procesos tectnicos yotros factores propios de la evolucin de la cortezaterrestre. Estas fracturas son muy importantescuando se encuentran abiertas o rellenas conmateriales de baja resistencia.

Los slickensides o paleosupercies de

movimiento. Son supercies lisas de muy bajaresistencia, a lo largo de las cuales han ocurridoanteriormente desplazamientos.

Arena Fina

Angulo de reposo

35

40

45

Arena Gruesa

Gravas y Bloques


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Figura 2.4 Las discontinuidades de la estructura geolgica determinan, en muchos casos, la ocurrencia de losdeslizamientos de tierra (Diagramas elaborados por Schuster).

La Tectnica y La FracturacinLa tectnica produce dos efectos: fallamientoy fracturacin. Las discontinuidades jueganun papel importante en el deslizamiento de losmateriales residuales. Si se encuentran abiertasactan como conductores de agua y activadores depresiones de poro. El agua, al hacerse presentedentro de la junta, produce meteorizacin desus paredes, debilitndolas. Adicionalmente, se

depositan materiales blandos dentro de la junta.La GeomorfologaBrusden (2002) dene la geomorfologa comoel estudio de las formas de la supercie de latierra, su origen, los procesos relacionados con sudesarrollo y las propiedades de los materiales, conlo cual se puede predecir el comportamiento y elfuturo estado (Figura 2.5).

Para elaborar el modelo de comportamiento deun talud, es determinante analizar la geomorfologa

y su efecto sobre los procesos de inestabilidad; losprocesos actuales y pasados son la base para losprocesos que van a ocurrir.

Las condiciones geomorfolgicas presentesson esenciales en el anlisis de la ocurrenciade deslizamientos, debido a que los procesosde vertiente son parte integral de los procesosdinmicos como variables que controlan laevolucin del paisaje (Aristizabal y Yokota, 2006).

La geomorfologa reeja los procesos que estnactuando sobre el talud, as como los paleo-procesosque lo han afectado en el pasado y su relacin conla litologa y otros elementos constitutivos, nosolamente de un talud en particular, sino de todoel ambiente de una zona.

Por ejemplo, una ladera afectada por procesostectnicos (morfologa con escarpes empinados)

posee una morfologa diferente a una afectadaprincipalmente por procesos de depositacin(morfologa suave u ondulada). El comportamientode los taludes depende de las caractersticas de lageomorfologa general del sector.

Figura 2.5 Las formas del terreno (geomorfologa)muestran la historia, el futuro de la evolucin del paisajey la susceptibilidad a los deslizamientos.

Lmina

Exfoliada

Planosde

estratificacin

Plano de

Foliacin

Fracturas


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El Estado de MeteorizacinEn los ambientes tropicales dominados poraltas las temperaturas y cambiantes y porlluvias abundantes, la meteorizacin de losmateriales es muy fuerte y se caracteriza por ladescomposicin rpida de feldespatos y minerales

ferromagnesianos, la concentracin de xidos dehierro y aluminio y la remocin de slice y de lasbases de Na2O K2O CaO y MgO (Gidigasu,1972). Los feldespatos se meteorizan inicialmente,a caolinita, xidos de hierro y xidos de aluminiopero los compuestos ms resistentes como laspartculas de mica y cuarzo, permanecen intactos.

La meteorizacin de rocas y cenizas volcnicasconduce a la formacin de montmorillonitas,aloysitas, xidos de hierro y aluminio en etapasiniciales de la meteorizacin y nalmente, sepueden formar caolinitas, esmectitas y gibsitas(Gonzlez y Jimnez, 1981). Algunas rocasque contienen sales (NaCl), Cal (CaSO4) y yeso(CaSO4-2H2O) se disuelven fcilmente en agua,especialmente en presencia de CO2, con lo cual seaceleran los procesos de meteorizacin.

A medida que el proceso de meteorizacincontina, los contenidos de caolinita disminuyeny se alteran los dems compuestos a Fe2O3 y

Al2O3. Existen investigaciones que demuestran la

disminucin de los contenidos de caolinita, con elaumento del promedio anual de lluvias (Lohnes yDemirel, 1973).

Entre los factores que se deben tener en cuentapara el anlisis de los procesos en los taludes,estn la profundidad de la meteorizacin, laintensidad y el tipo de meteorizacin. Por ejemplo,se debe analizar si la meteorizacin terminaen arcillas, arenas o limos. La meteorizacinafecta la susceptibilidad a los deslizamientos, aldisminuir la resistencia al cortante o al cementar

las partculas con xidos o silicatos (Figura 2.6).

La Pendiente y el RelieveAl aumentar la pendiente, generalmente seaumentan las fuerzas que tratan de desestabilizarel talud y disminuyen los factores de seguridad aldeslizamiento. Los taludes de alta pendiente sonmuy susceptibles a la ocurrencia de inclinaciones,cados y ujos de residuos. Adems de la pendiente,es muy importante la curvatura de la supercie.(Figura 2.7).

El efecto de la pendiente se puede esquematizarde acuerdo con la gura 2.8. Un bloque de pesoW descansa sobre una supercie paralela a lapendiente del terreno y crea un esfuerzo o fuerzaque trata de hacer deslizar el bloque (Fd). Alaumentar la pendiente el esfuerzo es mayor. El

bloque permanecer estable hasta que las fuerzasactuantes (Fd) excedan las fuerzas resistentes (Fr).El Clima y la HidrologaEl clima y en especial la precipitacin juegan unpapel determinante en la estabilidad de los taludes.La presencia o ausencia de agua y temperatura,denen las condiciones para los procesos demeteorizacin fsica y qumica. De igual manera,las variaciones en el clima afectan los procesos.Los taludes bajo diferentes condiciones climticas

forman perles diferentes que se comportan deforma diferente. Las fuerzas que actan dentrode un talud cambian al modicarse las condicionesambientales.

Por ejemplo, las anomalas climticas permitenla ocurrencia de lluvias excepcionales en zonassemiridas que generan problemas acelerados dedeslizamientos y avalanchas.

Precipitaciones convectivas

Las precipitaciones de tipo convectivo son

muy fuertes pero de corta duracin y afectanprincipalmente, a los taludes de materialespermeables de alta capacidad de inltracin y depoco espesor de suelo.

Figura 2.6 Efecto de la meteorizacin en la ocurrenciade deslizamientos.

MaterialMeteorizado

RocaFracturada

Roca

Sana


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Figura 2.7 El relieve es un factor determinante en la estabilidad de un talud, aunque no necesariamente el taludes ms inestable si la pendiente es mayor.

Precipitaciones Estratiformes

La precipitacin estratiforme produce lluviasmenos intensas pero generalmente, de mayorduracin que las convectivas y afectan fcilmentelos taludes de materiales arcillosos y los de perlprofundo de meteorizacin.

La HidrogeologaLa elaboracin del modelo hidrogeolgico conceptuales muy importante para analizar la estabilidad deun talud. Este modelo debe tener en cuenta las zonasde inltracin en la parte superior de los taludes,incluyendo la inltracin a muchos kilmetros

de distancia (siempre y cuando esta agua puedaafectar los niveles freticos y corrientes de agua).Otros factores para considerar son la conductividadhidrulica (mejor conocida como permeabilidad)y la porosidad de los materiales del talud. Laconductividad facilita la llegada de corrientesde agua y la porosidad afecta la capacidad dealmacenamiento del agua en el talud. Se debenidenticar adems, las fuentes, la localizacin y lascaractersticas de los niveles freticos, las corrientessubterrneas y sus uctuaciones (gura 2.9).

La Sismicidad

La sismicidad de las zonas montaosascomnmente es alta. La mayora de las cadenas demontaas son el producto de losprocesos tectnicoso volcnicos. Los movimientos ssmicos a su vez,pueden activar los deslizamientos de tierra.

En el caso de un sismo, existe el triple efectode, aumento del esfuerzo cortante, disminucin dela resistencia por aumento de la presin de poros yla deformacin, asociados con la onda ssmica. Enel caso de suelos granulares saturados, se puedellegar a la falla, al cortante y a la licuacin.

La Cobertura VegetalLa vegetacin cumple efectos protectoresimportantes, en la mayora de los taludesprotege contra la erosin y afecta los procesos deevapotranspiracin y de inltracin de agua. Lascondiciones hidrolgicas de un talud son afectadasdirectamente por la vegetacin. La vegetacintambin cumple un efecto de estabilizacin por elrefuerzo del suelo (la accin de las races) y porla produccin de materia orgnica, la cual puede

N

1000

1000

2000

3000

4000

5000

0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

1500

Rio

Falla

Falla

Falla

Hundimiento

Falla


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Figura 2.9Las corrientes de agua subterrnea y la inltracin, son parmetros hidrogeolgicos muy importantes enel proceso de activacin de deslizamientos

ayudar a cementar las partculas del suelo. Engeneral, todo el proceso ecolgico (ora, fauna,microfauna, uso del suelo, etc.) debe considerarsecomo un modelo conceptual por su inuencia sobreel comportamiento del talud.

El Efecto AntrpicoEl hombre induce cambios en el medio ambientede un talud pues las actividades humanas tienenuna gran inuencia sobre su comportamientoy especialmente, sobre la activacin de losdeslizamientos (Figura 2.11). Las actividadesantrpicas como el uso de la tierra, las prcticasde agricultura, la construccin de carreteras y lairrigacin, entre otras, son factores determinantesen la ocurrencia de deslizamientos.

El Factor TiempoLa mayora de procesos que afectan la estabilidadde un talud no ocurren en forma instantnea, sinoque por el contrario toman generalmente perodoslargos de tiempo (Figura 2.12). En un talud queaparentemente es estable pueden estar ocurriendofenmenos que conduzcan a una falla.

El clima y las condiciones ambientales cambiancon el tiempo. Un talud que no presenta evidenciasde movimiento en la temporada seca de las zonastropicales puede moverse en temporada de lluvias.Un fenmeno de reptacin puede con el tiempo

evolucionar a un deslizamiento de traslacin.Figura 2.8Esquema de un bloque sobre una pendiente.

Al aumentar la pendiente aumenta Fd (fuerza deempuje).

Fuerza de Resistencia (FR)

Fuerza de Resistencia (FR)

Fuerza deEmpuje (Fd)

Fd < FR

FuerzaNormal(Fn)

Pendiente Suave

Fuerza de

Gravedad

(a)

(b)

Fn

Fd

Fd > FR

Pendiente Fuerte

Frente Saturado

Subsuperficial

Zona local

de Saturacin

Nivel Fretico

Loma de aguas

SubterrneasVelocidad del Agua

Subterrnea

0 10 20m

Lluvia

Escorrenta

Zona

Hmeda

Corriente

Interna

Infiltr

acin

Zona de mayor

permeabilidad

Acufero


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Figura 2.10Efecto de la vegetacin sobre la estabilidadde un talud. Las races refuerzan el suelo.

ELABORACIN DE MODELOSCONCEPTUALES

Un modelo conceptual es una representacin delcomportamiento de la ladera o talud. El modelopuede incluir grcas de planta y perles consus respectivos textos o memorias descriptivasdel efecto de todos y cada uno de los elementosfundamentales que afectan la estabilidad del taludespecco (Tabla 2.1).

El modelo debe ser lgico y fcilmente entendibley no debe incluir informacin que no sea relevantey determinante en el proceso de inestabilidad.

Figura 2.11 Al realizar un corte se puede generar lainestabilizacin del talud (Diagrama de Schuster).

Figura 2.12Proceso de deslizamiento con el tiempo de untalud en arcilla junto al mar. (Dixon y Bromhead, 2002).

Despus de la elaboracin del modelo conceptual seprocede a la elaboracin del modelo determinsticoo matemtico para calcular los factores deseguridad o el modelo de elementos nitos esfuerzo-deformacin. Los modelos determinsticos debenser el resultado de los modelos conceptuales.

Procedimiento para la Elaboracin deModelos ConceptualesLos modelos conceptuales involucran las siguientesactividades principales:

Caracterizacin de todos y cada uno delos elementos fundamentales. Se debencaracterizar los factores que afectan tanto lasusceptibilidad como la amenaza, incluyendolos factores detonantes.

Representacin grca y descripcin escritade las caractersticas de cada uno de loselementos.

Elaboracin de un modelo grco en plantay en perl de todos los elementos, incluyendola interaccin entre ellos. El modelo debeindicar el comportamiento futuro del taludy las caractersticas de los movimientosesperados.

Instrumentacin del talud para validar encampo los resultados de los modelos.

Elaboracin de los modelos determinsticospara calibrar tanto el modelo conceptual comolos parmetros del modelo determinstico.

Calibracin del modelo en campo analizandodeslizamientos existentes.

b

l

z

hw

D

W

Z

hw

T

Nivel

fretico

Pozo

Corte-Terrapln

Grietas

en Desarrollo

Discontinuidades

Super f i c i e de Fal l a

1974

19851993

1998

? ? ? ?

Ni v el del mar

0 30m


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Tabla 2.1 Elementos fundamentales para tener en cuenta en la elaboracin de modelos conceptuales dedeslizamientos.

Tema Elementos Fundamentales para Estudiar

Litologa y formacingeolgica

Tipo de formacin. Tipo de roca parental. Proceso de formacindel suelo. Mineraloga. Propiedades de cada uno de los materialespresentes en el talud.

Estructura geolgicaRumbo, buzamiento, abertura, rugosidad, relleno, separacin,continuidad y caractersticas de las juntas, planos de estraticacin,fallas y dems estructuras.

Geomorfologa Formas del terreno, patrones de drenaje, pendientes.

Estado demeteorizacin

Profundidad de meteorizacin. Tipo de meteorizacin variable con laprofundidad. Materiales producto de la meteorizacin.

Tectnica yFracturacin

Elementos tectnicos presentes. Discontinuidades. Rumbo ybuzamiento de cada una de las discontinuidades. Separacin yabertura de cada discontinuidad. Aspereza y relleno.

Pendiente y TopografaAltura, pendientes, curvatura, convexidad, presencia de gradas ycambios topogrcos.

Clima e hidrologaTemperaturas. Vientos. Precipitaciones promedio. Lluvias mximas.Tipo de lluvia. Duracin de las lluvias. Anomalas climticas (ElNio y La Nia).

Hidrogeologareas de inltracin. Recarga interna de agua. Conductividadhidrulica. Porosidad. Nivel fretico.

SismicidadFuentes ssmicas. Magnitud e intensidad. Aceleraciones ydesplazamientos en los sismos esperados.

VegetacinTipo y caractersticas de la cobertura vegetal. Profundidad y densidadde races. Espesor de suelos orgnicos. Microora y microfauna.

El efecto antrpicoCambios inducidos por la accin humana. Uso de la tierra. Prcticasde agricultura. Irrigacin.

El factor tiempoTiempo transcurrido desde la realizacin del corte, deforestacin,sismo, etc. Presencia de fenmenos determinados por el tiempo.

Probabilidad de losfactores detonantes

La probabilidad de que ocurran factores detonantes como lluviasextraordinarias o sismos con determinados perodos de retorno

Evolucin de losmovimientos

Magnitud probable de la amenaza, vulnerabilidad de los elementosen riesgo y magnitud probable del riesgo.

Alternativas deremediacin

Posibles alternativas de manejo, control o estabilizacin, si losmovimientos son remediables.


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MECANISMO DE FALLA

La ocurrencia de una falla obedece a un proceso, elcual comprende una gran cantidad de factores, enel espacio y en el tiempo.

Condiciones Originales del Talud(Susceptibilidad)Todo talud tiene unas propiedades o caractersticasfsicas como son el relieve, geologa, propiedadesmecnicas de los materiales y perles, condicionesambientales, cobertura vegetal, etc. Estascondiciones determinan una susceptibilidad aldeterioro, a la accin de los factores detonantes yal fallamiento.

Equilibrio o Desequilibrio de Fuerzas

(Factor de seguridad)En un talud estable hay un equilibrio entre lasfuerzas actuantes y las fuerzas resistentes, entrelas cuales es determinante la fuerza de gravedad.En la gura 2.13 se muestran las masas que tratande producir el movimiento y las masas que tratande contrarrestarla.

Si se colocan cargas adicionales en la partesuperior del talud o se remueven en el pie, se puedeproducir la inestabilidad de ste. Igualmente, lainestabilidad puede ocurrir por el aumento de lapendiente del talud.

El Deterioro (Modicacin de lascondiciones originales)El deterioro comprende la alteracin fsica yqumica de los materiales y su subsecuentedesprendimiento o remocin. Esto incluye laalteracin mineral, los efectos de relajacin y laabrasin. Los efectos del deterioro pueden serlentos o rpidos y se acumulan hasta producir lafalla en forma progresiva (Figura 2.14).

Cuando se corta un talud, para la construccinde una va o de una obra de infraestructura, ocurreuna relajacin de los esfuerzos de connamiento yuna exposicin al medio ambiente, cambindosela posicin de equilibrio por una de deterioroacelerado. La iniciacin y propagacin de fracturases de signicancia particular en la destruccin dela supercie que puede conducir a cados de roca ocolapso del talud.

El resultado del deterioro es una disminucinen la resistencia al cortante del material, falla

progresiva por expansin o suracin, deformacinal cortante, inclinacin, desmoronamiento, etc.Igualmente se puede producir descomposicinpor desecacin, reduccin de la cohesin, lavado yremocin de los cementantes, disolucin, erosininterna o sifonamiento.

Los factores de deterioro producen movimientos

o agrietamientos en el talud, los cuales pueden serdetectados por medio de mtodos geoacsticos o porinclinmetros (Figura 2.15). El deterioro, con eltiempo, da lugar a la necesidad de mantenimientoo construccin de obras de estabilizacin.

Factores Detonantes (Activacin delmovimiento)En el fenmeno de detonacin o activacin deun deslizamiento, acta una serie compleja deprocesos, los cuales, ocasionalmente, se traslapancon los factores de deterioro. Los deslizamientospueden activarse en forma instantnea o enforma progresiva. El resultado generalmente esun aumento en los esfuerzos de cortante. Estos

esfuerzos aumentan a lo largo de la supercie defalla hasta que ocurre el movimiento.

Los elementos externos ms comunes quepueden generar la activacin de un deslizamientoson los siguientes:

Corte del soporte en el pie del talud por accinde la erosin o de actividades humanas, comola construccin de carreteras.

Figura 2.13 Equilibrio o desequilibrio de fuerzas enun talud.

Inestabilidad al

Adicionar Terrapln

Inestabilidad al

Remover Material

Masa de

Empuje

Masa de

Resistencia

Superficie

Potencial de

Falla


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Lluvias intensas o prolongadas y/ouctuaciones fuertes del nivel de aguassubterrneas.

Sismos o vibraciones fuertes.

Colocacin de cargas sobre el talud.

Combinacin de algunos de los elementosanteriores.

FallamientoEl proceso de fallamiento despus de que intervieneel factor detonante, por lo general es un fenmenofsico, en el cual las condiciones de esfuerzo ydeformacin juegan un papel preponderante.

Para el anlisis de un deslizamiento o para ladeterminacin de niveles de amenaza y riesgo, esesencial que se tenga claridad sobre los procesos deevolucin que generan un deslizamiento (Figura2.16), la susceptibilidad, los procesos de deterioroy los factores detonantes, as como el proceso de

fallamiento propiamente dicho.

La Falla ProgresivaLas fallas en la mayora de los casos no ocurrenen forma repentina sino que se toman un tiempo,el cual puede durar de minutos a aos. El procesose inicia con deformaciones o agrietamientosaislados, relacionados con la concentracin deesfuerzos (Figura 2.17). Estas deformacionesque se producen por la actuacin de los esfuerzos,generan a su vez disminuciones en la resistencia.

Figura 2.14 El efecto de deterioro.

Al inicio del movimiento, es muy posibleque estas deformaciones progresivas afectenvolmenes aislados del talud, pero a medida queavanza el proceso de fallamiento, las principalesdeformaciones se concentran en una supercie obanda de falla, a lo largo de la cual se produce la

rotura o falla del material (Supercie de falla). Estasupercie de falla con el tiempo va progresando enlongitud (Figura 2.18).

Si la resistencia se moviliza totalmente encualquier punto de la supercie de falla, el suelofalla localmente. Al fallar el esfuerzo en el puntode falla, se reduce y los esfuerzos se transeren alos puntos adyacentes, los cuales a su vez tratande fallar (Pathak y otros, 2008; Cramer, 2003).

En la falla progresiva cuando la resistencia

pico es superada en el punto A (gura 2.19), laresistencia al corte disponible disminuye de laresistencia pico a la resistencia residual. Losesfuerzos relacionados con la diferencia entrela resistencia pico y la residual del punto A, estransferida a los puntos B. Esto puede ocasionarque los esfuerzos superen la resistencia pico en lospuntos B y as sucesivamente, a los puntos C y enla totalidad de la supercie de falla.

Figura 2.15 Deformaciones de pre-falla en eldeslizamiento de Les grandes murailes en Francia(Leroueil y otros, 1996).

Eventos de

Deterioro

DesplazamientoAcumulado

Evento

Activo

Falla

Falla

Progresiva

Tiempo

Desplazamientos (mm)

7060504030201000

2

4

6

8

10

12

14

Profundidad(m)

Les Grandes Muralles

09 05 84

22 05 85

07 10 86


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Figura 2.17 Inicio de una falla progresiva.

Figura 2.16 Evolucin de un deslizamiento en la rocafracturada al profundizarse en un cauce por erosinpermanente.

El aumento de la supercie de cortante generauna disminucin en el factor de seguridad al pasarel material de la resistencia pico a la resistenciaresidual. Esta fase equivale a una fatiga progresivacaracterizada por movimientos muy pequeos enla masa deslizada.

La falla no se ha desarrollado totalmenteen esta etapa. El aumento de la longitud de lasupercie fallada contina a medida que se reducela longitud no fallada.

Eventualmente, se alcanza un punto en elcual el esfuerzo en la porcin no fallada empiezaa aumentar hiperblicamente (Kilburn y Petley,2003) (Diagrama C).

Al producirse el aumento hiperblico en losesfuerzos, la rata de movimiento ya no depende delagrietamiento y se inicia un proceso de formacinde una supercie de falla lisa o de una seccin defalla de espesor signicativo (Diagrama D). Eneste punto el factor de seguridad es igual a 1.0 yocurre la falla (Petley y otros, 2005).

Formacin de la Superfcie de FallaLa supercie de falla es una zona de corte deun espesor similar al de un sndwich. Losmovimientos de las partculas dentro de la supercie

de falla (durante el proceso de desplazamiento)son similares a las de un uido, en el cual laspartculas se mueven en forma independiente. Eneste proceso se forman bandas de ujo dentro de lasupercie de falla.

En el proceso de falla progresiva el factor deseguridad va cambiando con el tiempo comose ilustra en los diagramas de la gura 2.20. Amedida que las presiones de poros aumentan odisminuyen, hay un factor crtico de seguridad enel cual se inicia una supercie de cortante mediantela formacin o crecimiento de microgrietas que

pueden estar distribuidas a lo largo de la superciede falla o en puntos especcos (Diagrama A).

La densidad de las microgrietas alcanza unpunto donde se inicia una interaccin entrestas, lo cual conduce a un aumento en el nivelde esfuerzos entre microgrietas, que inducen eldesarrollo de una supercie de falla (Diagrama B).Este proceso puede ocurrir en uno o varios sitios alo largo de la supercie de falla.

Erosin

a) Erosin y Deterioro Superficial

b) Reptacin + Inclinacin + Deterioro Interno

c) Deslizamiento Masivo

Superficie de

falla potencial

Superficie de corte

Zona de

Corte

Zona Dbil Superficie

potencial de falla

Inicio de falla

progresiva


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La supercie de falla tiene generalmenteuna estructura ms suelta, con porosidadesrelativas ms altas y una mayor abundancia deagregados discretos. Las partculas estn enarreglos heterogneos y dbiles. La superciede falla se ha dilatado y la microestructura se ha

destrudo. Esta deformacin por dilatacin, segenera por el aumento de esfuerzos en el procesode falla progresiva. El suelo dilatado facilita lasdeformaciones de cortante.

Si en la supercie de falla aumentasignicativamente la presin de poros y ocurrenaumentos sbitos de esfuerzos, se aumenta lavelocidad del movimiento (Wen y Aydin, 2005).Sepuede presentar un ujo o movimiento relativoentre las partculas o elementos discretos en la

zona de falla, inducido por los esfuerzos. Despusde iniciado el movimiento, se puede producirlicuacin local en la supercie de falla, en el casode los sismos.

Figura 2.19 Esquema de la generacin de una falla progresiva en suelos que pierden resistencia al deformarse(Pathak y otros, 2008).

Figura 2.18 Deformaciones con el tiempo, de un taluden arcilla al realizar un corte; analizada por elementosnitos (Leroueil y otros 1996).

0 25Escala (m)

a) Deformaciones a los 9 aos despus de la excavacin

b) Deformaciones a los 14.5 aos despus de la excavacin

Ruptura de la Resistencia PicoRuptura de entre Resistencia Pico y la Resistencia ResidualRuptura de la Resistencia residual

Material excavado

A

B

C

A

BB

BB

B

C

C

C

CC

A

A

Resistencia Pico

en el punto A

Tensin

FuerzaCortante

(a)

(b)

FuerzaCorta

nte

La falla en el punto A produce aumento

de la fuerza cortante que se redistribuye

en los puntos B y C.

La resistencia Cortante en el punto A baja

desde pico hasta la residual

Tensin


14/38


Cinemtica de los MovimientosPara el anlisis de la magnitud de la amenaza y lacuanticacin del riesgo, se requiere con frecuenciaanalizar la cinemtica de los movimientos.

Algunos tipos de movimiento pueden alcanzarvelocidades relativamente grandes, especialmente

los cados, ujos y avalanchas. La velocidad y lascaractersticas de los movimientos determinan lamagnitud de las amenazas y los riesgos (Figura 2.21).

Cinemtica de los ujos. El comportamientocinemtico de los ujos es complejo y depende devarios factores (Pellegrino y otros, 2000):

El volumen o caudal de suelo en movimiento.Este volumen puede ser suministrado por undeslizamiento o por varios deslizamientos.

Las propiedades mecnicas de los materialesconstitutivos del ujo, especialmente laresistencia y compresibilidad.

La pendiente del canal sobre el cual uye elsuelo.

Figura 2.20 Explicacin de las diversas etapas en un proceso de falla progresiva en arcillas (Petley y otros, 2005).

El ancho del canal.

La rugosidad de la supercie del canal.

El contenido de agua.

En su recorrido y en el transcurso del tiempo, el ujopuede cambiar la velocidad y las caractersticas,con la modicacin de alguno o varios de estosfactores. Por ejemplo, si la pendiente disminuyey/o la rugosidad o el ancho del canal aumentan;la velocidad del ujo disminuye y se puede formaruna zona de depositacin. El suministro de agua esel factor que ms inuye en la movilidad del ujo.

Generalmente, el contenido de agua esmayor en la zona ms cercana a la supercie de

deslizamiento, debido a la formacin de zonasde deformacin plstica al cortante, las cualesincluyen dilatancia (Pellegrino y otros, 2000) y alujo interno de agua. La velocidad de este ujode agua afecta las presiones de poros en formasignicativa.

Se inicia desarrollo

de microfracturacinpor deterioro

FactordeSeguridad

1.x

1.0

V

Tiempo

Tiempo

FactordeSeguridad

1.0

El gradiente de la lineaaumenta al acelerarse la

formacin de la superficie

de falla

Crecimiento de la

superficie de corte

Tiempo

Tiempo

V

Iniciacinde la

tendencialineal

FactordeSeguridad

FactordeSeguridad

1.0

1.0

1.y

Se inicia desarrollo

de la superficie de

falla al prosperar lamicrofracturacin

Comienza la

formacin de laSuperficie de

corte

V

Tiempo

Tiempo

Tiempo

Tiempo

V

Falla

Ocurre la Falla

del talud

Se desarrolla

completamente lasuperficie de falla

A B

C D


15/38


Las supercies de cortante en la base del ujo son loscaminos preferenciales para el agua subterrnea.La reactivacin de una zona de depositacindepende principalmente de las presiones de poros.Se han monitoreado relaciones directas entrela cinemtica de un ujo y la variacin en laspresiones de poros.

La presin de poros aumenta en las temporadas

de lluvias intensas y paralelamente, aumenta lamovilidad de los ujos. Los perles de deformacindieren de acuerdo con la rigidez del material desuelo en movimiento, como se observa en la gura2.22.

MOVIMIENTOS POSTFALLA

La etapa postfalla incluye los movimientos de lamasa involucrada en un deslizamiento desde elmomento de la falla y hasta el preciso instanteen el cual se detiene totalmente. Una vez un

deslizamiento se activa, se produce la falla yel material fallado es transportado por variosmecanismos, los cuales incluyen deslizamiento,ujo y cada. Finalmente, se produce unadepositacin de los materiales.

Despus de depositados los materiales, puedeocurrir una posible reactivacin en la cual puedenpresentarse movimientos que son consideradoscomo una nueva falla que incluye las tres etapasanteriores.

Figura 2.21 Cinemtica de un cado.

Los movimientos post-falla son movimientosen los cuales la energa inicial es mxima y vadisminuyendo progresivamente. La energa delmovimiento se disipa con el rompimiento, remoldeoo desaceleracin por friccin del movimientoinicial. En el caso de un material perfectamente

elastoplstico o dctil, la energa potencial sedisipa por friccin.

La energa del deslizamiento tiene trescomponentes principales:

Energa Potencial. Se dene a partir de lascaractersticas geomtricas y de localizacin deltalud en el momento de la falla. Es importantedeterminar el valor de la energa potencial al nalde la falla y su evolucin posterior, para poderpredecir el comportamiento del movimiento. La

energa potencial se convierte en energa cinticaa medida que se produce la aceleracin delmovimiento y sta energa se disipa a otros tiposde energa al disminuirse la velocidad.

Energa Friccionante. Depende delcomportamiento esfuerzo-deformacin del suelo.En la prctica, la energa de friccin es difcil deevaluar, debido a que se disipa no solamente a lolargo de una supercie de falla denida, sino a lolargo de los esfuerzos de desplazamiento en una grancantidad de supercies dentro de la masa deslizada.

Energa de Remoldeo o Desmoronamiento.

En los suelos residuales no saturados y en lasrocas, la energa de remoldeo disipa buena partede la energa potencial o cintica; sin embargo,en la literatura existe muy poca documentacinsobre el tema. Se conoce que los ujos de roca ydetritos alcanzan distancias superiores cuando nose desmoronan y se frenan rpidamente, en el casode desmoronamiento.

En el caso de las arcillas, la energa de remoldeo

puede considerarse proporcional a la resistencia alcorte no drenado y al ndice de plasticidad de laarcilla. Entre menos resistente sea el material,la energa de remoldeo es menor y por lo tanto,la disipacin de energa cintica se produce a unarata menor aumentndose la longitud de recorridodel movimiento.

En suelos no cohesivos la energa de remoldeoes muy pequea pero la energa de friccin poseevalores mucho ms altos.

Posicin

Original

Fractura

Desintegracin


16/38


Longitud de Recorrido del MovimientoCuando la energa potencial de la falla setransforma en energa cintica en un porcentajeimportante, la distancia del recorrido puedeadquirir una dimensin relativamente grande.

Se han obtenido relaciones entre el volumende la masa fallada y la longitud de recorrido paraavalanchas de roca y ujos de arcilla, con lo cual sepueden realizar las siguientes observaciones:

La relacin entre el volumen de falla y ladistancia de recorrido depende del nivel dehumedad o saturacin de los materiales.

La distancia de recorrido, generalmenteaumenta con el volumen de la masa fallada.

La energa y la longitud de recorrido aumentacon la altura del deslizamiento.

Figura 2.22 Perles del inclinmetro que muestran las diferencias de cinemtica de los ujos de suelo (Pellegrinoy otros, 2000).

La relacin log (longitud) - vol (volumen) esesencialmente lineal; y con los datos limitadosque existen, se ha propuesto una pendientede 0.16 entre los dos valores.

Debe tenerse en cuenta que una vez ocurridala falla, el movimiento posterior es de talcaracterstica que no se aplican los principios dela mecnica de suelos o rocas y el comportamientose describe mejor en trminos de conceptos demecnicas de uidos integrados en un modeloviscoplstico (Figura 2.23), como el desarrolladopara ujos rpidos y avalanchas por Hungr(1995). El elemento energa tambin debe tenerseen cuenta.

En el caso de los movimientos activados porsismos la energa producida por un evento ssmicopuede generar energas cinticas superiores a lasde un evento esttico. La energa del sismo puedetransmitirse al movimiento.

0

0

1 2 3

5

10

15

20

Desplazamiento (cm)

Profundidad(m)

Instalacin: 12/09/91

10/10/91

27/11/91

14/01/92

Instalacin: 29/10/92

03/12/92

21/01/93

18/03/93

11/05/93

22/06/93

26/07/93

13/10/93

20

15

10

5

0

0 10 20 30 40

Desplazamiento (cm)

Profundidad(m)

FlujoFlujo

Superficie de cortante

Superficie de cortante


17/38


Figura 2.23 Esquema de la dinmica del ujo de materiales.

Reactivacin de Movimientos AntiguosAlgunos deslizamientos de gran magnitud

corresponden a movimientos antiguos, los cualesse han reactivado o se encuentran todava enmovimiento lento. Generalmente, esos taludesse clasican geolgicamente como coluvionesy en ocasiones, como formaciones geolgicasindependientes. Es comn que la parte alta deestos deslizamientos tenga una forma de grabeno depresin y forma un pantano o lago.

En la parte de la supercie de falla se puedenpresentar zonas de corte de espesor importante.Los deslizamientos antiguos pueden ser activados

por la accin humana, y producir modicacionesen la hidrologa subterrnea o en la conformacinsupercial de los taludes.

INESTABILIZACIN

Terzaghi (1950), hizo una diferenciacin entrelos factores externos e internos que afectan laocurrencia de los deslizamientos. Tanto las causasinternas como las externas, afectan el estado deequilibrio de un talud de dos maneras diferentes opor la combinacin de estas dos formas:

Disminucin de la resistencia al cortante.

Aumento de los esfuerzos de cortante.

Las causas internas. Son mecanismos queproducen una reduccin en la resistencia alcortante a un punto tal que inducen una falla (Bell1983) (Ejemplos: Meteorizacin, presin de poros).

Las causas externas. Son los mecanismospor fuera de la masa afectada, los cuales son

responsables de un aumento de los esfuerzos porencima de la resistencia al cortante (sobrecargas,cortes, sismos, vibraciones, etc.).

Para el diagnstico de las condiciones deestabilidad de un talud o ladera, es imprescindibleconocer los agentes que causan la inestabilidad.Es importante poder anticipar los cambios queocurren en el talud con el tiempo y las variascondiciones de carga, de humedad y drenaje a lascuales el talud va a estar expuesto durante todasu vida.

En el caso de deslizamientos se requiereentender los factores esenciales de las situacionesque produjeron la falla. La experiencia es el mejorprofesor y especialmente, la experiencia de lasfallas ocurridas.

DEFORMACIN YDESINTEGRACIN

Los procesos de deformacin y desintegracinestn relacionados con diversos factores internosy externos:

La tectnica y neotectnica producen esfuerzose inducen deformaciones, las cuales son muydifciles de evaluar o medir.La desintegracinpor fragilidad.

La erosin genera cambios topogrcos que

inducen esfuerzos en el talud.

La sedimentacin.

Bloques grandes

en la parte superiorPunta del flujo

X

Superficiedecortanteofriccin


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La lluvia, produce modicaciones en lahumedad y en la presin de poros lo cualafecta la resistencia del suelo. Comnmente,la intensidad y la persistencia alta deprecipitacin, es la causa principal de una grancantidad de deslizamientos (Cornforth, 2005).

Las inundaciones, al producir saturacinrepentina, presiones de poros y erosin.

Los sismos, los cuales pueden producirfracturacin, remoldeo, aumento de presinde poros y disminucin en la resistencia delsuelo, licuacin y generacin de fuerzas detipo dinmico sobre las masas de talud.

Las erupciones volcnicas, las cuales ademsdel efecto vibratorio, generan cambios en la

temperatura y la disposicin de materialessobre el talud.

La expansin de los suelos, etc.

Los cambios de temperatura.

Las rocas y suelos estn sujetos a prdida deresistencia como resultado de la descomposicincon el tiempo o meteorizacin. Este proceso incluyeuna serie de cambios fsicos, qumicos y biolgicos.Entre ms duro sea el suelo, mayor es la posibilidad

de meteorizacin. En el caso de los suelos dbiles,la meteorizacin puede aumentar la resistencia envez de disminuirla (Mitchell, 1976).

Cambios Fsico qumicos en los SuelosArcillososLos cambios fsicos y qumicos en el suelogeneralmente estn relacionados con prdidade resistencia e inuyen principalmente en lossuelos que contienen minerales de arcilla. Elcomportamiento mecnico de las arcillas estafectado por la interaccin fsico qumica entre

las partculas de arcilla y esta interaccin puedevariar con el tiempo, debido a diversos procesosambientales.

Los problemas ms delicados corresponden alos suelos con minerales arcillosos activos, stos sereejan en un alto ndice plstico. Generalmente,los materiales con arcillas plsticas son materialescon problemas de estabilidad, especialmentecuando se trata de arcillas activas como laEsmectita, arcillas colapsibles, como la illita.

Las arcillas se formaron debido a la meteorizacinqumica de las rocas. Las arcillas se depositaronen partculas laminares de tamao muy pequeoy espesor microscpico. Con frecuencia, pierdenla resistencia al agregar agua y se expanden poraccin de las fuerzas electromagnticas entre

partculas. En el proceso de cambio de humedadse pueden producir cambios fsico qumicos,expansiones y colapso, lo cual puede originarreducciones en la resistencia al cortante y facilitarel agrietamiento y la formacin de supercies defalla (Figura 2.24).

Desintegracin de los Rellenos de RocaArcillosaLas arcillolitas y lutitas excavadas y reutilizadaspara rellenos pueden romperse en pedazosformando un relleno de roca aparentemente

compacta y estable. Sin embargo, cuando el rellenose satura por inltracin de agua, los pedazos deroca pueden desmoronarse o desintegrarse. Amedida que la arcilla llena los vacos dentro delrelleno puede perder gran parte de su resistenciay el relleno puede volverse inestable (Duncan yWright, 2005).

Ablandamiento por Deformacin (Strain-Softening)Los suelos fsiles o quebradizos estn sujetos aablandamiento por deformacin. En estos suelos

se puede dar una falla progresiva, en la cual nose moviliza la totalidad de la resistencia pico, enforma simultnea, en toda la supercie de falla.

Deformaciones por Concentracin deEsfuerzosLos materiales, al estar sometidos a esfuerzosde compresin o cortante, sufren deformaciones,que aumentan con el tiempo en una especie defatiga de los materiales de suelo o roca. Estasdeformaciones se pueden evitar disminuyendo losesfuerzos sobre el suelo, construyendo estructuras

de contencin o refuerzo.

Fatiga o Deformacin a Largo Plazo(creep) con Carga SostenidaLas arcillas y especialmente aquellas de altaplasticidad, se deforman en forma continuacuando estn sujetas a carga sostenida. Estasarcillas pueden fallar eventualmente bajo estascargas, an con esfuerzos de cortante que sonsignicativamente inferiores a la resistencia de laarcilla a corto plazo.


19/38


La fatiga es potenciada por la variacinde condiciones de carga en los procesos dehumedecimiento y secado. Estos movimientosgeneralmente ocurren en la direccin descendentedel talud y no se recobran cuando las condiciones

adversas desaparecen. El resultado es unmovimiento en forma de arrugas del talud, queaumenta ao tras ao y que puede eventualmente,terminar en un gran deslizamiento.

Formacin de Estras o Espejos de FallaLos espejos de falla se desarrollan en suelosarcillosos, especialmente en arcillas de altaplasticidad, como resultado de los esfuerzos decortante sobre diferentes planos de deslizamiento.Cuando ocurren desplazamientos de cortante, laspartculas de arcilla (que son partculas laminares)

se alinean paralelamente a la supercie demovimiento. El resultado es una supercie lisaque exhibe un brillo especial. La arcilla se separamuy fcilmente a travs de estas supercies,debido a que las supercies de estras son msdbiles que el resto de la arcilla. El ngulo defriccin en estas supercies corresponde alngulo de friccin residual. En arcillas plsticaseste ngulo de friccin puede ser de solo 5 o 6comparado con los ngulos de friccin pico de 20a 30 en la misma arcilla (Duncan y Wright, 2005).

Figura 2.24 Esquema simplicado de la micro-estructura de un suelo arcilloso. (A) Partculas dearcilla, (B) uniones entre las partculas de arcilla.

En algunos depsitos de arcilla se forman espejos defalla en forma aleatoria en varias direcciones. Estetipo de espejos de falla tienen menos importanciapara la estabilidad de taludes que un espejo defalla sencillo, el cual favorece la ocurrencia de undeslizamiento.

Agrietamiento por TensinLa mayora de los suelos poseen muy bajaresistencia a la tensin y la generacin deesfuerzos relativamente pequeos (especialmentearriba de la cabeza de los taludes y laderas), puedeproducir grietas de tensin, las cuales facilitanla inltracin de agua y debilitan la estructurade la masa de suelo permitiendo la formacinde supercies de falla. Las fallas de los taludescon mucha frecuencia, estn precedidas por laactivacin de grietas cerca de la cabeza del talud.

Estas grietas son posibles solamente en los suelosque tienen alguna resistencia a la tensin. Debetenerse en cuenta que una vez aparece la grieta,se pierde la totalidad de la resistencia en el planode sta.

Formacin, Inclinacin y Cada de Losasde RocaSe forman prismas o pequeas placas, pudiendoexistir deslizamiento y rotacin o pandeo.Generalmente, las fracturas por tensin (paralelasa la supercie del talud ) son prerequisito para su

ocurrencia, seguidas por la prdida de soporte.Pueden caer grandes bloques de material y quesignicaran una gran amenaza, causando dao alos canales de drenaje, cercas, pavimentos o podracrear taludes negativos. Las inclinaciones sepueden considerar como un proceso de deterioro ocomo un movimiento del talud. Como tratamiento,se sugiere la construccin de gradas o escaleras,bermas intermedias, refuerzo con pernos oestructuras de contencin.

Cadas de BloquesCaen por gravedad, en forma ocasional, bloquesindividuales de roca de cualquier dimensin,produciendo un deterioro en la estructura del talud(Figura 2.26). La cada de muchos bloques de rocaen un solo evento, requiere que haya ocurridoun debilitamiento de la masa de roca, debido a lafragmentacin y a la ausencia de soporte lateral.El volumen de la falla depende de los diversosplanos de discontinuidad y puede cubrir en un solomomento, varios planos.

.002

mm

Vista Superior

partcula de arcillaVista Lateral partculas

de arcilla empacadas

Partculas de limo

Paquetes de

partculas de

Arcilla

Agua

(A)

(B)


20/38


En ocasiones bajan saltando y rodando y puedenavanzar grandes distancias. Como tratamiento, sesugiere la construccin de gradas, la utilizacin demallas de acero, concreto lanzado o mampostera.

Desmoronamiento, Descascaramiento yCada de GranosLa cada de granos individuales de la masa deroca est relacionada con la desintegracin fsica

a granos, como pre-requisito. Depende de laresistencia de las uniones intergranulares y lasmicrogrietas relacionadas con los granos (Figura2.27). Este tipo de desmoronamiento ocurreespecialmente en rocas fsiles como las lutitasy los esquistos. El desmoronamiento causa undebilitamiento general del material de roca.

En ocasiones se produce la cada de cscaras

de material de la masa de roca. Las cscarastienen forma de lminas con una dimensinsignicativamente menor a las otras dos

dimensiones.

Puede reejar la litologa, silidad, o puedereejar la penetracin de la meteorizacin. Losfragmentos en forma de lminas no son grandesni constituyen una amenaza signicativa; sinembargo, se produce un depsito de sedimentos enel pie del talud. Como tratamiento, se sugierenlas tcnicas de bioingeniera como los mantosorgnicos o los procesos de hidrosiembra y concretolanzado, teniendo en cuenta la construccin de

Figura 2.25 Agrietamientos de tensin en taludes decarreteras.

lloraderos para el manejo del agua inltrada conanclajes y obras de concreto dental.

Desintegracin DiferencialEn los cortes hechos por el hombre en rocassedimentarias, puede ocurrir erosin diferencial

en los mantos menos resistentes a la erosin.Al erosionarse, ciertos mantos pueden dejarsin sustento los mantos superiores y generardeslizamientos. Adicionalmente, la presenciade aguas subterrneas puede producir erosindiferencial por aoramiento de agua en los mantosms permeables.

Colapso por Falta de SoporteLos bloques independientes de gran tamaocolapsan debido a la falta de soporte vertical.

Estos representan una gran escala de amenaza,segn su tamao y el potencial de colapso. Lassoluciones incluyen concreto dental, estructurasde refuerzo, submuracin y otras estructuras deretencin.

EFECTO DEL AGUA

La mayora de las fallas de los taludes estnrelacionadas de una u otra forma, con el agua.El agua juega un papel muy importante en lamayora de los procesos que reducen la resistencia

del suelo. Igualmente, est relacionada con variostipos de carga que aumentan los esfuerzos delcortante en los taludes.

Figura 2.26 Desintegracin inclinacin y cados en unmacizo rocoso.

Grietas de Tensin

Masas

Inestables

Posicin

Original

Inclinacin

DesintegracinCado


21/38


Figura 2.27 Clasicacin de los modos de deterioro en los macizos rocosos.

Flujo de Escombros o residuos

Desmoronamiento

Cado de granos o escamas

Lavado por erosin

Volcamiento Flexural

Karstificacin

Cados de Bloques

Inclinacin y Cado de Losas de roca

Deslizamiento

Cado de masas de Rocas


22/38


Efectos del AguaEn las fallas de los taludes, el agua puede actuarcomo un elemento detonante debido a los siguientesefectos:

Aumento de peso del suelo. Los sedimentostienen porosidades altas y cuando los vacosse llenan de agua, el peso unitario aumentaconsiderablemente.

Disminucin de la resistencia por el agua

absorbida. Debido a las fuerzas electro qumicas,el agua es absorbida fcilmente y se adhiere a losbordes y caras de las partculas de arcilla causandola disminucin de la resistencia.

Disolucin. El agua al uir a travs de los

poros, puede disolver los minerales que unen laspartculas, disminuyendo la resistencia y haciendoms fcil el colapso.

Erosin interna. El agua al uir puede generarpequeas cavernas, las cuales pueden inducir lafalla.

Presin de poros. La presin se aumenta en elagua de los poros, disminuyendo la resistenciaa la friccin, segn se explica en la gura 2.28(Criterio de Coulomb).

Figura 2.28 La saturacin del perl del suelo puede activar un deslizamiento.

Aumento de Peso por Aumento deHumedadLa inltracin y el movimiento del agua dentrodel suelo del talud aumentan el contenido de lahumedad, lo cual produce un aumento en el pesounitario del suelo. Este incremento en pes, es

apreciable especialmente en combinacin con otrosefectos que acompaan el aumento en el contenidode agua (Duncan y Wright, 2005).

Infltracin Relacionada con las LluviasLa relacin entre las lluvias fuertes y losdeslizamientos, es una realidad muy conocida yestudiada. Sin embargo, el anlisis es complejoen lo relacionado con los volmenes e intensidadesde lluvias que se requieren para generar undeslizamiento de gran magnitud o una grancantidad de deslizamientos.

El caso ms estudiado es el de Hong Kong dondese tiene informacin de volmenes en intensidadesde lluvias y ocurrencias de deslizamientos enun largo perodo de tiempo. En la gura 2.29 semuestran dos fechas de lluvias intensas. La del12 de junio de 1966 y el 17 de octubre de 1978.Las lluvias acumuladas en 24 horas, fueron muysimilares para las dos fechas; sin embargo, en 1966se presentaron gran cantidad de deslizamientos,muertos y prdidas materiales mientras que en1978, solo se present un deslizamiento.

Talud

Estable

Talud

Inestable

a) Suelo hmedo. Friccin

alta y tensin negativab) Suelo Saturado. La friccin disminuye

al aumentar la presin de poros

No

SaturadoSaturado


23/38


Los anlisis en Hong Kong muestran que laslluvias de gran intensidad, son las que producenlos deslizamientos y no la lluvia acumulada. Debetenerse en cuenta que en Hong Kong, la mayorade los suelos son residuales provenientes de lameteorizacin de granitos.

La permeabilidad de estos suelos esrelativamente alta y se requieren grandesintensidades para generar presiones de poros degran magnitud. Las lluvias de gran intensidadpueden saturar, en poco tiempo, alturasimportantes de talud y generar presiones de porosmomentneas de gran magnitud.

Al bajar la intensidad de las lluvias, el suelodrena y las presiones de poro disminuyen. Estecaso de Hong Kong ser explicado con mayor

detalle, en otros captulos del presente libro. En elcaso de coluviones en suelos arcillosos en Colombia,se ha detectado que la lluvia acumulada demenor intensidad activa grandes deslizamientos,mientras que las lluvias de mayor intensidad perode menor tiempo, no son sucientes para activarlos deslizamientos de coluviones de gran magnitud.En este caso, los suelos son ms arcillosos y menospermeables que en el caso de Hong Kong.

Infltracin en Canales, Cuerpos de Aguae Irrigacin

Es comn que ocurra inltracin de agua hacia elsuelo en los canales y cuerpos de agua (Figura 2.30).Con frecuencia, los canales van en baja pendiente alo largo de una ladera y no tienen un revestimientoadecuado lo que permite la inltracin de unagran cantidad de agua. Una vez se inltra elagua, sta uye por gravedad hasta que alcanzaun manto impermeable y se genera un nivelfretico. Igualmente, si se encuentran diaclasaso fracturas, el agua puede rellenarlas y generarpresiones de poros de gran magnitud como ocurrien Villatina, Medelln, Colombia, en 1985.

Infiltraciones ConcentradasUno de los casos ms comunes de deslizamientos enzonas urbanas, es el relacionado con las inltracionesde agua concentradas. Estas inltraciones puedenprovenir de la rotura o escape de un ducto deacueducto o alcantarillado, de la concentracin deagua supercial por falta de drenaje de aguas deescorrenta, del taponamiento de un alcantarillado,del bloqueo o represamiento de quebradas o de ladescarga de aguas de alcantarillado.

Con frecuencia, es difcil detectar el sitio de origende las inltraciones, debido a que en una zonaurbana, hay muchas posibilidades de origen deagua y la presencia de estructuras diculta lainvestigacin.

Los Niveles Freticos

El nivel fretico corresponde al nivel en el cual lapresin en el agua de poros es igual a la presinatmosfrica. Los niveles freticos pueden tenergran espesor o estar colgados dentro de un mantopermeable sobre un impermeable (Figura 2.31).

Al ocurrir lluvias acumuladas importantes,los niveles freticos ascienden generndose unapresin de poros relativamente permanente. Alascender el nivel fretico, se puede presentaraoramiento de agua y erosin en los taludes.

Figura 2.29 Efecto de las lluvias de gran intensidad

sobre los deslizamientos en Hong Kong. Las lluviasde mayor intensidad, generan una mayor cantidad dedeslizamiento.

0

50

100

150

0 6 12 18 24

Mxima horaria

Medicin

observatorio real

Acumulada

Mx.

R.O

200

400

600

800

23

Horaria

Acumulada (R.O)

Un deslizamiento

12 18 0 6 12 18

0

50

100

150

200

400

600

800

(b) 17 de Octubre 1978

Intensidadhorariamm

Lluviaacumulad

a,mm

Intensidad

horariamm

Lluviaacumulada,mm

(a) 12 de Junio 1966

Deslizamientos

masivos


24/38


Aumento de la Presin de PorosEl aumento en las presiones del agua, presente enlos poros del suelo, reduce los esfuerzos efectivosentre las partculas y esto a su vez, disminuye laresistencia a la friccin en el suelo. Generalmente, elaumento de las presiones de poros est relacionado

con la ocurrencia de lluvias pero en muchos casos,sta se produce debido a la inltracin generadapor los procesos antrpicos. La presin de porospuede aumentar por la inltracin de agua y/o elascenso del nivel de agua fretica.

Todos los suelos son afectados al aumentar lapresin de poros. El tiempo requerido para que seproduzcan cambios en la presin de poros dependede la permeabilidad del suelo. En los suelos conpermeabilidad alta, los cambios pueden ocurrirrpidamente y en pocos minutos, las presiones

de poros pueden ascender en forma sustancial,durante una lluvia de gran intensidad.

En los suelos con permeabilidad baja, loscambios son ms lentos, aunque en ocasiones,las masas arcillosas pueden tener permeabilidadsecundaria sorpresivamente alta, debido a lapresencia de grietas, suras y lentes de materialesms permeables.

Presin de Agua en GrietasCuando las grietas en la parte superior de un talud

se llenan total o parcialmente de agua, la presinde agua hidrosttica en la grieta se aumenta enforma relativamente importante, se incrementanlos esfuerzos de cortante y se desestabiliza el talud.Si las grietas permanecen llenas de agua un tiemposuciente para que se produzcan corrientes internashacia la cara del talud, las presiones de poros enla masa del suelo, aumentan y se produce unasituacin an ms grave.

Figura 2.30 Aumento cronolgico de los niveles deagua subterrnea relacionados con las inltraciones deun canal (Cornforth, 2005).

Presin de Agua ArtesianaLa presin artesiana ocurre cuando la cabeza deagua en el suelo o roca, es mayor que la cabeza deagua en el suelo por encima de ese nivel.

Las condiciones de agua artesiana se desarrollancuando el agua subterrnea proveniente de unafuente arriba del talud, queda atrapada dentrodel suelo con un estrato menos permeable sobre el

depsito de agua. En la gura 2.32 se muestra unejemplo donde hay un manto permeable debajo deuno impermeable.

El talud puede ser estable en condicionesnaturales pero puede desestabilizarse cuandose hace un corte que remueve parte del sueloimpermeable (Figura 2.33). La excavacin, eneste caso, puede levantarse o erupcionar como unaoramiento de agua.

Disminucin Rpida del Nivel de Agua

En un embalse o presa, las presiones externas deagua debidas a la presencia del embalse, generanun efecto de contencin lateral. Si el nivel del aguadisminuye en forma rpida, desaparece el efectode contencin y al mismo tiempo se aumentan losesfuerzos sobre el suelo.

Cuando esto ocurre rpidamente y las presionesde poros dentro del talud no disminuyen con lamisma rapidez que el nivel de agua exterior, eltalud puede desestabilizarse.

Figura 2.31 Formacin de niveles freticos colgadosrelacionados con la inltracin de las lluvias

(Cornforth, 2005).

Coluvin

Superficie antes

del deslizamiento

Carcva de

erosin Nov-1995

RoTerraza cementada

impermeable

Canal del roNiveles

del canal

Canal

P-22P-35

19951985

1975 1965

B

A

C

A- Nivel de agua en el manto permeable

B- Nivel de agua en el manto impermeable

Zona de afloramientode agua

Precipitacin

Estructura

permeable

Suelo menos

permeable

Infiltracin


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61MECANISMOS DE FALLAEsta condicin de estabilidad (para descensorpido) debe tenerse en cuenta en el diseo depresas de tierra o para el anlisis de taludes quese encuentren momentneamente sumergidos.

Este efecto puede ocurrir en las orillas de las

corrientes bajo las represas, por accin de loscambios repentinos del nivel de agua.

Expansin y Contraccin por Cambiode HumedadEn los suelos arcillosos se producen cambiosde volumen por cambios de humedad asociadoscon el potencial de succin del material.Estas expansiones y contracciones producenagrietamientos y cambios en la estructura delsuelo, generalmente, con prdida de la resistenciaal cortante.

La expansin es mayor cuando las presionesde connamiento son bajas, por ejemplo, en elpie de los taludes de baja pendiente. Igualmente,los problemas de expansin pueden producirsedespus de muchos aos.

Existen casos estudiados de fallas de taludesrelacionados con la expansin, que ocurrieron 10 o20 aos despus de la construccin del talud.

Se puede disminuir este efecto evitando loscambios de humedad, disminuyendo el potencialde expansin o utilizando procedimientos fsicos yqumicos como es la adicin de cal.

Fenmenos de reptacin asociados a la

expansin

Los procesos de expansin y contraccin puedengeneran fenmenos de reptacin. Al aumentar lahumedad el suelo se expande en forma normal delpunto 1 al punto 2 (Figura 2.34).

Al secarse se contrae al punto 3, y assucesivamente, se expande y contrae nuevamente.Como resultado, se produce un movimiento de lasupercie del terreno en direccin paralela a lapendiente.

Dispersin del SueloLos suelos dispersivos son suelos arcillosos conpresencia de iones de Na. Estos suelos al saturarse,se dispersan y pierden prcticamente la totalidadde su resistencia a la cohesin. El resultado puedeser el colapso total de la estructura del suelo(Figura 2.35).

Disolucin

La disolucin de materiales solubles en agua quepuede ser acelerado por las condiciones locales,especialmente la presencia de aguas agresivas.

La disolucin produce cavidades internas quepodran colapsar o formar crcavas krsticas. Esteproceso es muy comn en las rocas carbonatadascomo las calizas y en las rocas depositadas enambients marinos. Como tratamiento, se sugierela inyeccin o relleno de las cavidades o laconstruccin de estructuras de puente.

Figura 2.32 Diagrama de la accin del aguaartesiana.

Figura 2.33 Ejemplo de una falla ocasionada porun corte cerca de un depsito de agua artesiana(Cornforth, 2005).

Acufero

Pozo Artesiano

Roca Permeable

Nivel Fretico

Roca Impermeable

Manto

Deslizamiento

Superficie original

Corte

Flujo

Impermeable

Presin artesiana

Superficie de

falla potencial

Permeable


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Fotografia 2.1 Deslizamientos y flujos por efecto de la dispersin del suelo en un evento lluvioso extraordinarioen Girn, Colombia. Febrero de 2005.

a) Origen y formacin de los flujos

b) Depositacin


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Desintegracin de las ArcillasSensitivasLa sensitividad fue definida por Terzaghi(1943) como la relacin entre la compresininconfinada del suelo natural y del sueloremoldeado, al mismo contenido de agua. La

clasificacin de las arcillas con respecto a lasensitividad, se muestra en la tabla 2.2.

Tabla 2.2 Clasificacin de los suelos arcillosos conrelacin a su sensitividad.

Clasifcacin Sensitividad

Sensitividad baja Menor de 8

Sensitividad media 8 a 30

Sensitividad alta (arcillasrpidas) Ms de 30

Entre los casos ms estudiados de arcillas

sensitivas se encuentran las arcillas marinasdepositadas en ambientes salinos, las cualestienen una estructura oculada y al lavarse lasal, se convierten en arcillas sensitivas o rpidas.El comportamiento de las arcillas marinassensitivas est relacionado con su estructuraoculada, la cual se pierde muy fcilmente cuandoes remoldeada. Igualmente, el remoldeo ocurrefcilmente, si los contenidos de sal en el agua deporos son bajos y se produce el lavado de la sal alinltrarse agua dulce.

Figura 2.34 Reptacin producida por los fenmenosde expansin y contraccin.

Figura 2.35 Flujo relacionado con la saturacindel terrapln de una va construda con suelosdispersivos.

La sensitividad no es alta en los materialessedimentarios al momento de su depositacin,la sensitividad se produce por cambios post-deposicionales como es el lavado de las salespresentes en la depositacin.

Las caractersticas de las arcillas sensitivasvaran de pas en pas y de sitio en sitio. Porejemplo, las arcillas sensitivas de Noruegapresentan caractersticas relativamentediferentes a las arcillas sensitivas de Suecia

(SGI, 2004). Las sensitividades altas se hanobservado en los depsitos marinos postglacialesen Canad, Escandinavia, Alaska, Japn yNueva Zelanda (Torrance, 1999).

Igualmente, las arcillas marinas sensitivasse pueden encontrar en ambientes tropicales.Un caso importante se presenta en la Ciudadde Barranquilla, Colombia. Tambin se hanreportado arcillas sensitivas en la isla de Java,Indonesia (Wesley, 1973).

Recientemente se reportaron arcillassensitivas o rpidas en las fundaciones delos diques de Nueva Orleans. Estas arcillassensitivas o rpidas, ocasionaron fallascatastrficas de los diques en el paso delhuracn Katrina (Seed y otros, 2006).

Una forma de identificar la presencia dearcillas marinas sensitivas, es mediante larealizacin de ensayos de colapso por saturacinen un consolidmetro (Figura 2.36).

Expansin

Contraccin

TaludExpandido

TaludContraido

24

1

3

5

Reptacin

Suelo se dispersa

al saturarse y fluye


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Las Arenas MovedizasCuando un manto de arena se encuentra sometidoa una presin alta de poros, su comportamiento essimilar al de un lquido. Si la arena es limpia y noposee cohesin, la resistencia es cero y se comportacomo una arena movediza, la cual se desplazafcilmente al colocarle una carga relativamentepequea (Figura 2.37).

Flujo Del Suelo

El flujo consiste en el desprendimiento ytransporte de partculas gruesas y finas enuna matriz de agua y granos en forma deflujo seco o saturado. Los flujos son difcilesde predecir, mueven en ocasiones grandesvolmenes de material y pueden crear amenazasimportantes.

Se requiere un anlisis especial de cada casopara su tratamiento. Generalmente no se lesconsidera como procesos de deterioro sino comodeslizamientos. Los flujos pueden generargrandes deslizamientos al producir cambiostopogrficos importantes. Igualmente, al unirsevarios flujos, pueden generar movimientos degran magnitud.

Lavado Interno (Leaching)El lavado incluye cambios en la composicinqumica del agua de poros, al moverse sta atravs de los vacos del suelo. El lavado de la salen el agua de poros de arcillas marinas, contribuye

Figura 2.36 Colapso por saturacin de un suelo sensitivo, analizado en un ensayo de consolidacin.

contribuye al desarrollo de arcillas rpidas, lascuales virtualmente pierden toda su resistenciaal alterarse. Tambin ocurre lavado en los suelosdispersivos de ambientes secos o desrticos,cuando el agua transporta y deposita el calcio.

De sta forma, se aumentan las concentracionesde sodio en el agua de los poros y se aumentael potencial de dispersin de los suelos. Estecaso se presenta en los depsitos del abanico de

Bucaramanga en Colombia (Surez, 2005).Erosin SuperficialLa erosin es el desprendimiento, transporte ydepsito de partculas o masas pequeas de sueloo roca, por la accin de las fuerzas generadaspor el movimiento del agua. El flujo puedeconcentrarse en canales produciendo surcos ycrcavas. Las gotas de lluvia contribuyen aldesprendimiento de las partculas o granos, locual produce sedimentacin de materiales en elpie del talud.

Los procesos de erosin son muy comunesen los suelos residuales poco cementados o ensuelos aluviales, especialmente, en aquelloscompuestos por limos y arenas finas donde lacobertura vegetal ha sido removida

Erosin Laminar

El proceso de erosin laminar se inicia por elimpacto de las gotas de agua lluvia contra lasuperficie del suelo, complementada por la fuerza

1.2

1.15

1.1

1.05

10.95

0.9

0.85

0.8

10 100 1000

Relacinde

Vacios,e

Seco

Presin (kPa)

Hmedo

Colapso


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de la escorrenta que produce el lavado de lasupercie del terreno como un todo, sin formarcanales denidos. Al caer las gotas de lluvia, selevantan las partculas del suelo y se repartensobre la supercie del terreno. La velocidad de lasgotas de lluvia puede alcanzar valores hasta de 10

metros por segundo y su efecto es muy grande sobrelas supercies expuestas y sin cobertura vegetaldel talud. El proceso particularmente es gravecuando la pendiente del talud es grande, como esel caso de los taludes de cortes en obras viales. Laerosin laminar en los taludes de alta pendientepuede generar procesos diferenciales de erosin, loscuales a su vez pueden activar cados (Figura 2.38).

Erosin en surcos

Los surcos de erosin se forman por la concentracindel ujo del agua en caminos preferenciales, stosarrastran las partculas y dejan canales de pocaprofundidad, generalmente, paralelos. El agua deescorrenta uye sobre la supercie de un talud ya su paso va levantando y arrastrando partculasde suelo, formando surcos (rills).

Los surcos forman una compleja microrredde drenaje donde un surco al profundizarseva capturando a los vecinos, formando surcosde mayor tamao, los cuales a su vez, seprofundizan o amplan formando crcavas enforma de V que pueden transformarse en formade U. Inicialmente, la crcava se profundizahasta alcanzar una supercie de equilibrio, lacual depende de las caractersticas geolgicase hidrulicas, para luego iniciar un proceso deavance lateral mediante los deslizamientos de lostaludes semiverticales, producto de la erosin.

Figura 2.37 Esquema de un caso de arenas movedizas.

La localizacin de los surcos, su profundidad y lavelocidad del avance del proceso, es controladapor los fenmenos de tipo hidrulico y por laresistencia del material a la erosin. Los surcosde erosin pueden estabilizarse generalmente, conprcticas de agricultura.

Erosin en Crcavas

Las crcavas constituyen el estado ms avanzadode la erosin y se caracterizan por su profundidad,lo cual facilita el avance lateral y frontal pormedio de desprendimientos de masas de material,en los taludes de pendiente alta que conforman elpermetro de la crcava.

Las crcavas inicialmente tienen una seccinen V pero al encontrar un material ms resistenteo interceptar el nivel fretico, se extienden

lateralmente tomando la forma de una U (Figura2.39). Otro caso de crcavas que puede generardeslizamientos, se presenta en las entregas dealcantarillas (Figura 2.40).

Erosin por ros y corrientes de agua

Los ros tienen una tendencia a profundizarsey ampliarse, especialmente en el momento delas grandes inundaciones o avenidas. Los roserosionan las riberas, cortan el pie de los taludesy pueden activar deslizamientos. Este problemapuede ser grave en las zonas urbanas donde la

accin antrpica maneja el ro, disminuye suseccin, aumenta su velocidad y direcciona lacorriente. La erosin es particularmente fuerte enlas curvas de la corriente como se puede observaren la gura 2.41. Los deslizamientos son muyfrecuentes en el extrads de las curvas de ros ycorrientes.

h= Altura de Agua

a) Formacin de presiones de poros b) Efecto de las presiones de poros altas

Arena movediza

Flujo de agua fretica

Suministro de agua


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Fotografia 2.2 Ejemplos de falla de los taludes por erosin y por colapso.


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Erosin en las costas

El oleaje produce permanentemente erosin enlos taludes costeros y la lnea de la costa estpermanentemente en proceso de movimiento(Figura 2.42). Las rocas ms susceptiblesal dao por el oleaje, son los esquistos, laslutitas, las areniscas, las limolitas y laspizarras (Cornforth, 2005). La erosin puedeser acelerada en el momento de las grandestormentas o huracanes.

La erosin tambin ocurre por debajo delagua debido a las corrientes subacuticas yen las playas, por las corrientes laterales. Enocasiones, se presentan grandes deslizamientossubmarinos relacionados especialmente por laaccin del hombre sobre el mar, en puertos,dragados, entregas de agua, etc.

Figura 2.38 Cados de roca relacionados con laerosin diferencial en el talud en corte de una va.

Figura 2.39 Esquema general de una crcava deerosin.

Figura 2.40 Formacin de una crcava de erosin enla entrega de una alcantarilla en una carretera.

Erosin interna (Piping)

El agua al fluir por ductos concentrados dentrodel suelo, produce erosin interna, la cual daorigen a los derrumbamientos o colapsos quepueden generar el hundimiento del terreno o laformacin de una crcava (Figura 2.43).

Erosin por afloramiento de agua

Se puede presentar erosin en los sitios deafloramiento de agua y formar pequeascavernas y/o taludes negativos, los cuales asu vez, pueden producir desprendimientos demasas de suelo. Los afloramientos pueden estarrelacionados con las infiltraciones cercanas(Figura 2.44) o por presencia de los nivelesfreticos (Figura 2.45).

VIBRACIONES Y SISMOS

Los sismos pueden generar deslizamientosespecialmente en los taludes con estabilidadmarginal; deslizamientos por licuacin y

deslizamientos de traslacin en los suelos arcillososde gran espesor. Igualmente, se puede produciragrietamiento y desintegracin en los taludes deroca.

Cargas SsmicasLos sismos producen aceleraciones horizontalesy verticales sobre los taludes, los cuales resultanen variaciones de esfuerzos colocados en formarpida. Las fuerzas dinmicas que actan sobre eltalud pueden causar inestabilidad momentnea.

Mantos resistentes

a la erosin

Mantos erosionables

Taludes Verticales

Depsitos de Derrumbe

Profundizacin

del cauce

Garganta

Fondo menos

erosionable

Suelos

Erosionables

Avance de carcavas

por deslizamiento


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Agrietamiento Co-ssmicoLos eventos ssmicos pueden produciragrietamientos, especialmente, en los materialesrgidos y frgiles. Los agrietamientos cossmicosdebilitan la masa del talud y generan superficiespreferenciales de falla.

El agrietamiento cossmico es menor cuandoexiste un buen refuerzo subsuperficial conraces de cobertura vegetal.

Prdida de Resistencia por CargasCclicasLas uniones entre partculas de suelo puedenromperse y/o las presiones de poros puedenaumentar bajo la inuencia de cargas cclicas.Los suelos frgiles se desintegran por la accin de

la onda ssmica y puede perderse la cohesin delmaterial.

Los suelos ms susceptibles a la prdida deresistencia (debido a cargas cclicas) son los suelossueltos y los suelos con partculas muy pococementadas. Las arenas sueltas o los limos puedenlicuarse bajo la accin de ciertas cargas cclicas ypierden virtualmente, toda su resistencia.

Figura 2.42Proceso de falla de un talud afectado por erosin marina.

Figura 2.41Activacin de un deslizamiento por accinde la erosin en la curva de un ro (Watkins y Hughes).

LicuacinEn los suelos saturados, el sismo generapresiones de poros instantneas, las cualesa su vez, producen prdida de resistencia enel suelo. La prdida de resistencia puede sertal, que se pierda virtualmente la totalidadde la resistencia y el suelo se comporte comoun lquido. Este fenmeno conocido comolicuacin es muy comn en los taludes enzonas ssmicas.

Deslizamiento

Corriente

Erosin

Superficie

de Falla

Playa

Escarpe Inclinado

por efecto

de la erosinmarina

Afloramiento

de agua

freticaNuevo

escarpe

Pie

Acumulacin

de agua

Erosin por

accin del

agua en el pie

Erosin

adicional del

escarpa

superior

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Etapa 4


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Esta licuacin se produce especialmente enlos suelos arenosos y limosos, incluyendo lasgravas. Generalmente, en la mayora de losgrandes sismos se presentan problemas dedeslizamientos por licuacin, especialmenteen los depsitos aluviales y en los rellenos(Figuras 2.46 y 2.47).

PROCESOS ANTRPICOS

Algunos de los procesos antrpicos que afectanla estabilidad de los taludes son los siguientes:

Las excavaciones o cortes que modificanla topografa original del terreno,especialmente, los cortes en el pie de lostaludes.

Las excavaciones subterrneas (tneles),las cuales afectan la estructura y lascondiciones de los esfuerzos del suelo queest encima.

Los rellenos o depsitos de materiales sobre eltalud, disposicin de residuos, etc.

La irrigacin que facilita la inltracin y loscambios de humedad y la presin de poros.

La inltracin en los canales o cuerpos deagua.

Las fugas de agua de las redes deservicios.

El mantenimiento inadecuado de los sistemasde drenaje y subdrenaje.

Figura 2.43 Deslizamientos relacionados con elflujo interno del agua y la erosin interna.

Figura 2.44 Formacin de crcava de erosin pordrenaje deciente en una va. El agua que se inltrasobre la va, genera erosin al aorar sobre el talud

abajo de la va.

Figura 2.45 Erosin por afloramiento de aguasubterrnea.

La deforestacin que produce cambioshidrolgicos y afecta la resistencia delsuelo, al eliminar el refuerzo de las races.

Las vibraciones artificiales, trnsito devehculos, vibraciones de maquinaria,detonaciones de explosivos, etc., las cualesgeneran fuerzas dinmicas y el deteriorode la estructura de los materiales.

La disminucin repentina del nivel de aguacomo en el caso del desembalse de unapresa.

Superficiede Tierra

Nivel Fretico

Nacimiento de agua

Formacin decarcavas

Trayectoriadel

flujodeagua

Infiltracin

Acumulacin

de Agua

Erosin

Nivel Fretico

Afloramiento

de agua

Area Hmeda


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Las Excavaciones para Carreteras yObras de InfraestructuraLa mayora de las laderas naturales se encuentranen estado de equilibrio. La masa de la parte inferiorde la ladera evita la posibilidad de movimientos.

Al construir una va, se rompe ese balance y se

generan esfuerzos los cuales pueden produciruna falla de deslizamiento o un deterioro de lascondiciones de estabilidad, lo cual facilita la fallaal inltrarse el agua de las lluvias o al presentarseun sismo en el talud.

La excavacin en el pie del talud hace que eltalud en general, tenga una mayor pendiente oaltura, se aumenten los esfuerzos de cortante y sedisminuya la estabilidad (Figura 2.48). Algunasformaciones geolgicas son muy susceptibles aldeslizamiento por accin de los cortes.

Entre los casos ms comunes de deslizamientos,se encuentran los cortes en coluviones o talus, enesquistos y en lutitas. Los problemas pueden serms complejos si existen condiciones de corrientesde agua o aguas artesianas. La erosin en el piedel talud puede producir un efecto similar.

Exposicin o desconnamiento de los niveles

de agua por los cortes

Ocurre con mucha frecuencia que al excavar uncorte, se profundice por debajo del nivel de aguasubterrnea permanente u ocasional. Al cortar sedesconna el suelo en la zona saturada y el suelono connado, puede tener la tendencia a uir y sepueden generar derrumbes o ujos en la mitad ocabeza del talud.

Aplicacin de Cargas ExternasEn ocasiones, se aplican cargas externas talescomo: muertos de anclaje, cimentaciones deestructuras y otras cargas, que por su naturaleza,pueden producir esfuerzos de cortante sobre el

talud y afectar su estabilidad.Cargue de la parte superior del talud

Si el terreno en la parte alta del talud es cargado, elesfuerzo de cortante aumenta; al respecto, se conocede un gran nmero de fallas en taludes, cuando sehan colocado cargas sobre la cabeza o parte alta deltalud. Para evitar incrementos signicativos enlos esfuerzos de cortante sobre el talud, se debneseparar las cargas la mayor distancia posible de lacabeza del talud.

Los rellenos a media ladera o sobre la partesuperior de un talud o ladera, son una causacomn de deslizamientos (Figura 2.49). El casode deslizamiento ms comn es el de terraplenessobre suelos blandos.

Taponamiento de los aoramientos de aguacon rellenos

Es una prctica comn, especialmente encarreteras, la colocacin de terraplenes amedia ladera que taponan los aoramientospermanentes o estacionales de agua subterrnea.En las temporadas de lluvias, los niveles de aguaascienden y el relleno potencia los aumentos depresin de poros, lo cual produce la falla.

Figura 2.46 Deslizamiento progresivo en el sismode Alaska de 1967. (Seed y Wilson, 1967).

180 m

Superficie original

Basamento

Manto Licuable

Licuacin


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Figura 2.47 Fallas en los cortes de vas u obras lineales. (a) y (b) Al excavar para el corte, se produce eldesconfinamiento del nivel de agua fretica con lo cual se disminuye el factor de seguridad del talud. (c) Alexcavar, se aumentan los esfuerzos de cortante y se puede producir un deslizamiento. (d) Si se excava enmateriales estratificados, se pueden activar los movimientos sobre los planos de estratificacin al desconfinarselos mantos superiores. (e) Si se realiza un corte donde existan mantos confinados de acufero se puedendesconfinar las presiones artesianas y se activan los deslizamientos. (f) Si en el pie del talud hay un mantoblando, se aumenta la pendiente y se concentran los esfuerzos sobre ste manto logrando generar un

cap2 mecanismos de falla

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