Mecanismos de Falla en los Taludes
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PROCESOS QUE PRODUCEN LA FALLA (Elementos activadores o deteriorantes deteriorantes)) Disminuci ón de la resistencia al cortante Disminución Aumento de los esfuerzos de cortante. ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ La falla de un talud puede lograrse de dos maneras diferentes o por la combinaci ón de estas dos formas: combinación Procesos Geomorfol ógicos y ffísicos ísicos Geomorfológicos ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ --La La tect ónica tectónica --y y Neotect ónica Neotectónica - La erosi ón erosión - La lluvia, - Las inundaciones inundaciones,, - Los sismos, - Las erupciones --volcánicas, volcánicas, --Etc. Etc. Procesos antr ópicos antrópicos ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ - Las excavaciones o cortes que modifican la topograf ía topografía - Los rellenos - La infiltraci ón en canales o cuerpos de agua. infiltración - Las fugas de agua de las redes de servicios. - La deforestaci ón deforestación - Las vibraciones artificiales, tr ánsito de veh ículos, tránsito vehículos, vibraciones de maquinaria, detonaciones de explosivos, etc., EFECTO DEL AGUA •Disminución de las tensiones negativas •Aumento del peso unitario del suelo ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ •Aumento de la presión de poros Aumento de peso por aumento de humedad ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Este Este incremento en peso es apreciable, especialmente en combinaci ón con otros efectos que acompa ñan el aumento combinación acompañan en el contenido de agua ((Duncan Duncan y Wright Wright,, 2005). Los niveles fre áticos freáticos ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Al ocurrir lluvias acumuladas importantes, los niveles fre áticos ascienden gener ándose una presi ón de poros freáticos generándose presión relativamente permanente. Al ascender el nivel fre ático se freático puede presentar afloramiento de agua y erosi ón en los erosión taludes. Aumento de la presi ón de poros presión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••La La presi ón de poros presión puede aumentar por la infiltraci ón de agua y/o el infiltración ascenso del nivel de agua fre ática freática Presi ón de agua en grietas Presión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Cuando Cuando las grietas en la parte superior de un talud se llenan con agua parcial o totalmente, la presi ón de agua hidrost ática presión hidrostática en la grieta aumenta en forma relativamente importante incrementando los esfuerzos de cortante y desestabilizando el talud. Presi ón de Presión agua en grietas ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ • Infiltraci ón en canales, cuerpos de agua e Infiltración irrigaci ón irrigación ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Una Una vez se infiltra el agua esta fluye por gravedad hasta que alcanza un manto impermeable y se genera un nivel fre ático. freático. Igualmente si encuentra diaclasas o fracturas el agua puede rellenarlas y generar presiones de poro de gran magnitud como ocurri ó en Villatina en Medell ín-Colombia en 1985. ocurrió Medellín-Colombia Presi ón de agua artesiana Presión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••La La presi ón artesiana ocurre cuando la cabeza de agua en el presión suelo o roca es mayor que la cabeza de agua en el suelo por encima de ese nivel. Presi ón de agua artesiana Presión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ •• Eliminaci ón de tensiones capilares Eliminación ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ •• Infiltraciones concentradas ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Estas Estas infiltraciones pueden provenir de rotura o escape de un ducto de acueducto o alcantarillado, concentraci ón de concentración agua superficialmente por falta de drenaje de aguas de escorrent ía, taponamiento de un alcantarillado, bloqueo o escorrentía, represamiento de quebradas o descarga de aguas de alcantarillado. Generalmente es dif ícil detectar el sitio de difícil origen de las infiltraciones Efecto de las lluvias de gran intensidad ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Los Los an álisis en Hong Kong muestran que las lluvias de gran análisis intensidad son las que producen los deslizamientos y no la lluvia acumulada. Debe tenerse en cuenta que en Hong Kong la mayor ía de los suelos son residuales provenientes de la mayoría meteorizaci ón de granitos. La permeabilidad de estos suelos meteorización es relativamente alta y se requieren grandes intensidades para generar presiones de poro de gran magnitud Cuenca de la quebrada Angulito ón Angulito-- Gir Girón • ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ • En suelos permeables la saturación puede ocurrir rápidamente Cuenca de la quebrada Angulito ón Angulito-- Gir Girón E S Q U E M A D E L A O C U R R E N C IA DE LOS FLUJOS 1 .0 0 m • • ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ FLU JO Cuenca de la quebrada Angulito ón Angulito-- Gir Girón •Los suelos saturados pueden deslizarse o fluir • ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Al Al saturarse pueden ocurrir otros procesos Efecto de las lluvias acumuladas ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ En el caso de coluviones o en suelos residuales en Colombia se ha detectado que la lluvia acumulada de menor intensidad activa grandes deslizamientos mientras lluvias de mayor intensidad pero de menor tiempo no son suficientes para activar deslizamientos de coluviones de gran magnitud Ejemplo de falla por lluvias acumuladas durante per íodos prolongados de tiempo períodos ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Expansi ón y contracci ón Expansión contracción ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ En los suelos arcillosos se producen cambios de volumen por cambios de humedad asociados con el potencial de succi ón del material. Estas expansiones y contracciones succión producen agrietamientos y cambios en la estructura del suelo generalmente, con p érdida de la resistencia al cortante. pérdida La expansi ón es mayor cuando las presiones de expansión confinamiento son bajas, por ejemplo en el pie de los taludes de baja pendiente. Dispersi ón del suelo Dispersión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Los Los suelos dispersivos son suelos con contenidos de arcillas con presencia de iones de Na Na.. Estos suelos al saturarse se dispersan y pierden pr ácticamente la totalidad prácticamente de su resistencia a la cohesi ón. cohesión. Disoluci ón Disolución ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Puede Puede producir cavidades internas que podr ían colapsar o podrían formar ccárcavas árcavas karsticas Disoluci ón Disolución ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ • Lavado interno ((Leaching) Leaching) ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••El El lavado incluye cambios en la composici ón qu ímica composición química del agua de poros al moverse esta a trav és de través los vac íos del suelo. El vacíos lavado de sal del agua de poros de arcillas marinas contribuye al desarrollo de arcillas rrápidas, ápidas, las cuales virtualmente pierden toda su resistencia al alterarse. Erosi ón superficial Erosión ••La La erosi ón es el desprendimiento, transporte y depositaci ón erosión depositación de part ículas o masas peque ñas de suelo o roca, por acci ón partículas pequeñas acción de las fuerzas generadas por el movimiento del agua. ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Erosi ón Laminar Erosión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••El El proceso de erosi ón laminar se inicia por el impacto de las erosión gotas de agua lluvia contra la superficie del suelo, complementada por la fuerza de la escorrent ía produciendo escorrentía un lavado de la superficie del terreno como un todo, sin formar canales definidos. EROSION DESPRENDIMIENTO, Y DEPOSITACION DE PARTICULAS O MASAS DE SUELO O ROCA POR ACCION DEL AGUA O EL VIENTO EN MOVIMIENTO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ TRANSPORTE Erosi ón en surcos Erosión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los surcos de erosi ón se forman por la concentraci ón del erosión concentración flujo del agua en caminos preferenciales, arrastrando las part ículas y dejando canales de poca profundidad partículas generalmente, paralelos. EROSION EN SURCOS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ LOS SURCOS SE VAN AMPLIANDO Y PROFUNDIZANDO Erosi ón en C árcavas Erosión Cárcavas ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Las ccárcavas árcavas constituyen el estado m ás avanzado de erosi ón más erosión y se caracterizan por su profundidad, que facilita el avance lateral y frontal por medio de desprendimientos de masas de material en los taludes de pendiente alta que conforman el per ímetro de la ccárcava. árcava. perímetro Ampliaci ón de las ccárcavas árcavas Ampliación ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ••Las Las ccárcavas árcavas inicialmente tienen una secci ón en V pero al sección encontrar un material m ás resistente o interceptar el nivel más fre ático se extienden lateralmente, tomando forma en U freático Erosion por rios y corrientes de agua ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los rríos íos tienen una tendencia a profundizarse y ampliarse, especialmente en el momento de las grandes inundaciones o avenidas. Los rríos íos erosionan las riberas, cortan el pie de los taludes y pueden activar deslizamientos Erosi ón en las costas Erosión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ El oleaje produce permanentemente erosi ón en los taludes erosión costeros y la llínea ínea de la costa est á permanentemente en está proceso de movimiento. Las rocas m ás susceptibles a da ño más daño por oleaje son los esquistos, las lutitas, las areniscas, las limolitas y las pizarras Erosi ón interna ((Piping) Piping) Erosión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ El agua al fluir por ductos concentrados dentro del suelo produce erosi ón interna, la cual da origen a erosión derrumbamientos o colapsos que pueden generar un hundimiento del terreno o la formaci ón de una ccárcava. árcava. formación Erosi ón por afloramiento de agua Erosión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Un caso de erosi ón puede ocurrir en los sitios de erosión afloramiento de agua, formando peque ñas cavernas y/o pequeñas taludes negativos, los cuales a su vez pueden producir desprendimientos de masas de suelo. Flujo del suelo ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ El desprendimiento y transporte de part ículas gruesas y finas partículas en una matr íz de agua y granos en forma de flujo seco o matríz saturado. Los flujos de detritos son impredecibles, mueven grandes vol úmenes de material y pueden crear una amenaza volúmenes moderada a alta. CAMBIOS FISICOS Y QUIMICOS EN LA ROCA O SUELO Las rocas y suelos est án sujetos a p érdida de resistencia están pérdida como resultado de la descomposici ón con el tiempo o descomposición meteorizaci ón. Este proceso incluye una serie de cambios meteorización. ffísicos, ísicos, qu ímicos y biol ógicos. Entre m ás duro sea el suelo químicos biológicos. más la posibilidad de meteorizaci ón es mayor. meteorización ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Meteorizaci ón Meteorización CAMBIOS QUIMICOS EN LA ROCA O SUELO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Meteorizacion diferencial ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ En cortes hechos por el hombre en rocas sedimentarias puede ocurrir erosi ón diferencial en los mantos menos erosión resistentes a la erosi ón. Al erosionarse ciertos mantos erosión. pueden dejar sin sustento los mantos superiores y generar deslizamientos. Desintegraci ón de la roca arcillosa Desintegración ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Las arcillolitas y lutitas excavadas y reutilizadas para rellenos pueden romperse en pedazos formando un relleno de roca aparentemente compacta y estable. Sin embargo, cuando el relleno se satura por infiltraci ón de agua, los infiltración pedazos de roca pueden desmoronarse o desintegrarse Deformaciones por concentraci ón de concentración esfuerzos ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los materiales al estar sometidos a esfuerzos de compresi ón compresión o cortante sufren deformaciones, las cuales aumentan con el tiempo en una especie de fatiga de los materiales de suelo o roca. DEFORMACIONES POR CAMBIO DE ESFUERZOS CORTES CARGAS ESTATICAS O DINAMICAS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ EJEMPLO: Fatiga o deformaci ón a largo plazo deformación con carga sostenida (creep). ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Las arcillas y especialmente las arcillas muy pl ásticas se plásticas deforman en forma continua cuando est án sujetas a carga están sostenida. Estas arcillas pueden fallar eventualmente bajo estas cargas sostenidas, aaún ún a esfuerzos de cortante que son significativamente inferiores a la resistencia de la arcilla a corto plazo. Ablandamiento por deformaci ón deformación ((Strain Strain softening softening)) ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los suelos ffísiles ísiles o quebradizos est án sujetos a están ablandamiento por deformaci ón. deformación. En estos suelos ocurre falla progresiva en la cual no se puede movilizar la totalidad de la resistencia pico en forma simult ánea en toda la superficie de falla. simultánea Ca ída de granos Caída ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Consiste en la ca ída de caída granos individuales de la masa de roca con desintegraci ón ffísica ísica a desintegración granos como prerequisito prerequisito.. Depende de la resistencia de las uniones intergranulares y las microgrietas relacionadas con los granos. Causa un debilitamiento general del material de roca. Descascaramiento ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Ca ída de ccáscaras áscaras de material de la masa de roca. Las Caída ccáscaras áscaras tienen forma de lláminas áminas con una dimensi ón dimensión significativamente menor a las otras dos dimensiones. Puede reflejar la litolog ía, fisilidad litología, fisilidad,, o puede reflejar la penetraci ón de la meteorizaci ón penetración meteorización Formaci ón de Formación estr ías o espejos estrías de falla ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los espejos de falla se desarrollan en arcillas, especialmente en arcillas de alta plasticidad, como un resultado de los esfuerzos de cortante sobre diferentes planos de deslizamiento. Cuando ocurren desplazamientos de cortante las part ículas de arcilla, que partículas son part ículas laminares se partículas alinean paralelamente a la superficie de movimiento. Agrietamiento por tensi ón tensión ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ La mayor ía de los suelos poseen muy baja resistencia a la mayoría tensi ón y la generaci ón de esfuerzos relativamente tensión generación peque ños, (especialmente arriba de la cabeza de los taludes pequeños, y laderas), puede producir grietas de tensi ón, las cuales tensión, facilitan la infiltraci ón de agua y debilitan la estructura de la infiltración masa de suelo permitiendo la formaci ón de superficies de formación falla. AGRIETAMIENTO POR TENSION ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ SE FORMAN GRIETAS EN LA CORONA DEL TALUD LAS CUALES SE VAN AMPLIANDO POCO A POCO INCLINACION DE BLOQUES O MASAS •• ROTACION ROTACION O O PANDEO PANDEO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ •• FRACTURACION FRACTURACION A A TENSION TENSION Formaci ón, inclinaci ón y ca ída de losas Formación, inclinación caída de roca ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Se forman prismas o peque ñas placas con dimensi ón m ínima pequeñas dimensión mínima de 50 mm ón o mm,, pudiendo existir deslizamiento y rotaci rotación pandeo. Generalmente, las fracturas a tensi ón paralelas a la tensión superficie del talud son prerequisito para su ocurrencia, seguidas por la p érdida de soporte. pérdida PANDEO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Colapso por falta de soporte ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Bloques independientes de gran tama ño colapsan debido a la tamaño falta de soporte vertical. COLAPSO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ BLOQUES O MASAS DE SUELO COLAPSAN DEBIDO A LA FALTA DE SOPORTE Ca ídos de bloques Caídos ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Pueden caer por gravedad, en forma ocasional bloques individuales de roca de cualquier dimensi ón, dimensión, produciendo un deterioro en la estructura del talud. • Desmoronamiento del talud ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ El desmoronamiento general del talud produce la ca ída de caída bloques de diversas dimensiones en forma semicontinua semicontinua.. ERUPCIONES VOLCANICAS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ EFECTOS DE VIBRACIONES Y SISMOS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los sismos pueden generar deslizamientos especialmente en taludes con estabilidad marginal, deslizamientos por licuaci ón y deslizamientos de traslaci ón en suelos arcillosos licuación traslación de gran espesor. Igualmente se pueden producir agrietamientos y desintegraci ón en los taludes de roca. desintegración Cargas ssísmicas ísmicas ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los sismos producen aceleraciones horizontales y verticales sobre los taludes, los cuales resultan en variaciones de esfuerzos colocados en forma rrápida. ápida. Las fuerzas din ámicas dinámicas que act úan sobre el talud pueden causar inestabilidad actúan moment ánea. momentánea. Agrietamiento cos ísmico cosísmico ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Los eventos ssísmicos ísmicos pueden producir agrietamientos especialmente en los materiales rrígidos ígidos y fr ágiles. Los frágiles. agrietamientos cos ísmicos debilitan la masa de talud y cosísmicos generan superficies preferenciales de falla. AGRIETAMIENTO COSISMICO ESPECIALMENTE EN MATERIALES RIGIDOS Y FRAGILES ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ LOS MOVIMIENTOS SISMICOS DEBILITAN LAS UNIONES, JUNTAS, ETC. P érdida de resistencia por cargas ccíclicas íclicas Pérdida ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Bajo la influencia de cargas ccíclicas, íclicas, las uniones entre part ículas de suelo pueden romperse y/o las presiones de partículas poro pueden aumentar. Los suelos m ás sujetos a p érdida de más pérdida resistencia debido a cargas ccíclicas íclicas son los suelos sueltos y los suelos con part ículas que est án muy poco cementadas. partículas están Licuaci ón Licuación ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ En suelos saturados en sismo genera presiones de poro instant áneas, las cuales a su vez producen p érdida de instantáneas, pérdida resistencia en el suelo. La p érdida de resistencia puede ser pérdida tal que se pierda virtualmente la totalidad de la resistencia y el suelo se comporte como un llíquido. íquido. Licuaci ón Licuación ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Explosivos ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ MODIFICACION DE LAS CARGAS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Aplicaci ón de cargas externas Aplicación En ocasiones se aplican cargas externas tales como muertos de anclaje, cimentaciones de estructuras 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 ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Si el terreno en la parte alta del talud es cargado el esfuerzo de cortante aumenta y se conoce de un numero grande de fallas en taludes cuando se han colocado cargas sobre la cabeza o parte alta del talud. Cargue de la parte superior del talud ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Cargue de la parte superior del talud ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Excavaci ón del pi é del talud Excavación pié ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ La excavaci ón en el pi é del talud hace que el talud general excavación pié tenga una mayor pendiente o altura, se aumenten los esfuerzos de cortante y se disminuya la estabilidad CORTES ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ CORTES ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ DEFORESTACION ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ El tema de deslizamientos causados por la deforestaci ón ha deforestación sido muy pol émico durante los ú ltimos aaños. ños. Algunos polémico últimos autores atribuyen buena parte de los deslizamientos en zonas tropicales a la deforestaci ón. Sin embargo, en grandes deforestación. eventos de lluvias se han observado evidencias de que las zonas cubiertas con vegetaci ón pueden producir igual o vegetación mayor cantidad de deslizamientos que las zonas descubiertas. REACTIVACION DE MOVIMIENTOS ANTIGUOS ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Algunos deslizamientos de gran magnitud corresponden a movimientos antiguos los cuales se han reactivado o se encuentran todav ía en movimiento lento. Generalmente esos todavía taludes se clasifican geol ógicamente como coluviones y en geológicamente ocasiones como formaciones geol ógicas independientes. geológicas
