2.3 Mecanismos de Falla
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FACTORES QUE CAUSAN EL DETERIORO Y LA FALLA DE LOS TALUDES Para el diagnostico de las condiciones de estabilidad de un talud o ladera es imprescindible entender los agentes que causan la inestabilidad. Es importante poder anticipar los cambios que ocurren en el talud con el tiempo y las varias condiciones de carga, de humedad y drenaje a las cuales el talud va a estar expuesto durante toda su vida. En el caso de deslizamientos se requiere entender los elementos esenciales de las situaciones que produjeron la falla. La experiencia es el mejor profesor y especialmente la experiencia de las fallas ocurridas. La falla de un talud puede lograrse de dos maneras diferentes o por la combinación de estas dos formas. 1. Disminución de la resistencia al cortante 2. Aumento de los esfuerzos de cortante. Entre los factores que disminuyen la resistencia o aumentan los esfuerzos están los siguientes (Adaptado de Abramson y otros, (2002), Nicholson y Hencher (1997) y Duncan y Wright, (2005). a. Procesos Geomorfológicos y físicos - La tectónica y Neotectónica producen esfuerzos e inducen deformaciones, las cuales son muy difíciles de evaluar o medir. - La erosión genera cambios topográficos que inducen esfuerzos en el talud. - La sedimentación. - La lluvia, la cual produce modificaciones en la humedad y presión de poros afectando la resistencia del suelo. Comúnmente la intensidad y persistencia de una intensidad alta de precipitación es la causa principal de una gran cantidad de deslizamientos (Cornforth, 2005). - Las inundaciones, al producir saturación repentina, presiones de poro y erosión. - Los sismos, los cuales pueden producir fracturación, remoldeo, aumento de presión de poros y consiguiente, disminución en la resistencia del suelo, licuación y generación de fuerzas de tipo dinámico sobre las masas de talud. - Las erupciones volcánicas, las cuales además del efecto vibratorio, generan cambios en temperatura y la disposición de materiales sobre el talud. - La expansión de los suelos, etc. b. Procesos antrópicos - Las excavaciones o cortes que modifican la topografía original del terreno. Especialmente los cortes en el pié de taludes. 1 2 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales - Las excavaciones subterráneas (túneles), las cuales afectan la estructura y condiciones de esfuerzos del suelo encima de ellos. - Los rellenos o depósitos de materiales sobre el talud, disposición de residuos, etc. - La irrigación que facilita la infiltración y los cambios de humedad y presión de poros. - La infiltración en canales o cuerpos de agua. - Las fugas de agua de las redes de servicios. - El mantenimiento inadecuado de sistemas de drenaje y subdrenaje. - La deforestación que produce cambios hidrológicos y afecta la resistencia del suelo, al eliminar el refuerzo de las raíces. - Las vibraciones artificiales, tránsito de vehículos, vibraciones de maquinaria, detonaciones de explosivos, etc., las cuales generan fuerzas dinámicas y deterioro de la estructura de los materiales. La disminución repentina del nivel de agua como en el caso del desembalse de una presa. A continuación se presenta una explicación resumida de los efectos de cada uno de los factores indicados. EFECTO DEL AGUA El agua juega un papel muy importante en la mayoría de los procesos que reducen la resistencia del suelo. El agua igualmente está relacionada con varios tipos de carga que aumenta los esfuerzos de cortante en los taludes. La mayoría de las fallas de los taludes están relacionadas de una u otra forma con el agua. La lluvia como activadora de deslizamientos La relación entre las lluvias fuertes y los deslizamientos es una realidad muy conocida y estudiada. Sin embargo, el análisis es complejo en lo relacionado a los volúmenes e intensidades de lluvias que se requieren para generar un deslizamiento de gran magnitud o una gran cantidad de deslizamientos. El caso más estudiado es el de Hong Kong donde se tiene información de volúmenes en intensidades de lluvias y ocurrencias de deslizamientos en un largo período de tiempo. En la figura 1A-06 se muestran dos fechas de lluvias intensas. La del 12 de junio de 1966 y el 17 de octubre de 1978. La lluvias acumuladas en 24 horas fueron muy similares para las dos fechas. Sin embargo, en 1966 se presentaron gran cantidad de deslizamientos, muertos y pérdidas materiales mientras en 1978 solo se presentó un deslizamiento. Los análisis en Hong Kong muestran que las lluvias de gran intensidad son las que producen los deslizamientos y no la lluvia acumulada. Debe tenerse en cuenta que en Hong Kong la mayoría de los suelos son residuales provenientes de la meteorización de granitos. La permeabilidad de estos suelos es relativamente alta y se requieren grandes intensidades para generar presiones de poro de gran magnitud. Las lluvias de gran intensidad pueden saturar en poco tiempo alturas importantes de talud y generar presiones de poro momentáneas de gran magnitud. Al bajar la intensidad de la lluvia el suelo drena y las presiones de poro disminuyen. Este caso de Hong Kong será explicado a mayor detalle en otros capítulos del presente libro. En el caso de coluviones en suelos arcillosos 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 Capítulo 1 Caracterización de movimientos 3 magnitud. En este caso los suelos son más arcillosos y menos permeables que en el caso de Hong Kong. Figura 1A 05m. Efecto en las lluvias de gran intensidad sobre los deslizamientos en Hong Kong. Las lluvias de mayor intensidad generan una mayor cantidad de deslizamientos en Hong Kong. (Brand, 1985). Los niveles freáticos El nivel freático corresponde al nivel en el cual la presión en el agua de poros es igual a la presión atmosférica. Los niveles freáticos pueden tener gran espesor o estar colgados dentro de un manto permeable sobre un impermeable. Al ocurrir lluvias acumuladas importantes, los niveles freáticos ascienden generándose una presión de poros relativamente permanente. Al ascender el nivel freático se puede presentar afloramiento de agua y erosión en los taludes. Figura 1A-07. Formación de niveles freáticos colgados relacionados con la infiltración de las lluvias (Cornforth, 2005). Aumento de la presión de poros El aumento en las presiones del agua presente en los poros del suelo reduce los esfuerzos efectivos entre las partículas y esto a su vez disminuye la resistencia a la fricción en el suelo. Generalmente el aumento de las presiones de poros está relacionado con la ocurrencia de lluvias pero en muchos casos esta se produce por infiltración generada por procesos antrópicos. Todos los suelos se afectan al aumentar la presion de poros. El tiempo requerido para que se produzcan cambios en la presión de poros depende de la permeabilidad del suelo. En suelos con permeabilidades altas, los cambios pueden ocurrir rapidamente y en pocos minutos, las presiones de poros pueden ascender en forma sustancial durante una lluvia de gran intensidad. En suelos con permeabilidades bajas los cambios son mas lentos, aunque en ocasiones las masas arcillosas pueden tener permeabilidades secundarias sorpresivamente altas, debidas a la presencia de grietas, fisuras y lentes de materiales mas permeables. La presión de poros puede aumentar por la infiltración de agua y/o el ascenso del nivel de agua freática.(Figura 1A- 04) Figura 1A- 04. Fallas de los taludes ocasionadas por cortes. (Cornforth, 2005). Presión de agua en grietas Cuando las grietas en la parte superior de un talud se llenan con agua parcial o totalmente, la presión de agua hidrostática en la grieta aumenta en forma relativamente importante incrementando los esfuerzos de cortante y desestabilizando el talud. Si las grietas permanecen llenas de agua un tiempo suficiente para que se produzcan corrientes internas hacia la cara del talud, las presiones de poro en la masa de suelo aumentan produciéndose una situación aún más grave. Disminución rápida del nivel de agua En un embalse o presa las presiones externas de agua debidos a la presencia del embalse generan un efecto estabilizante. Si el nivel del agua disminuye en forma 4 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales rápida desaparece el efecto estabilizante y al mismo tiempo se aumentan los esfuerzos sobre el suelo. Cuando esto ocurre rápidamente y las presiones de poro dentro del talud no disminuyen con la misma rapidez que el nivel de agua exterior, el talud puede inestabilizarse. Esta condición de estabilidad para descenso rápido debe tenerse en cuenta para el diseño de presas de tierra o para el análisis de taludes que se encuentren momentáneamente sumergidos. Aumento de peso por aumento de humedad La infiltración y el movimiento del agua dentro del suelo del talud aumenta el contenido de humedad, lo cual produce un aumento en el peso unitario del suelo. Este incremento en peso es apreciable, especialmente en combinación con otros efectos que acompañan el aumento en el contenido de agua (Duncan y Wright, 2005). Infiltración en canales, cuerpos de agua e irrigación Es común que ocurran infiltraciones de agua hacia el suelo en los canales y cuerpos de agua. Generalmente los canales van a baja pendiente a lo largo de una ladera y no tienen un revestimiento adecuado permitiendo la infiltración de una gran cantidad de agua. Una vez se infiltra el agua esta fluye por gravedad hasta que alcanza un manto impermeable y se genera un nivel freático. Igualmente si encuentra diaclasas o fracturas el agua puede rellenarlas y generar presiones de poro de gran magnitud como ocurrió en Villatina en MedellínColombia en 1985. Figura 1 A 08. Aumento de los niveles de agua subterránea pico con el tiempo relacionadas con infiltraciones de un canal (Cornforth, 2005). Presión de agua artesiana La presión artesiana ocurre cuando la cabeza de agua en el suelo o roca es mayor que la cabeza de agua en el suelo por encima de ese nivel. Las condiciones de agua artesiana se desarrollan cuando el agua subterránea proveniente de una fuente arriba del talud queda atrapada dentro del suelo con un estrato menos permeable sobre el depósito de agua. Un ejemplo se muestra en la figura 1A-06 donde hay un manto permeable por debajo de uno impermeable. El talud puede ser estable en condiciones naturales pero pueden inestabilizarse cuando se hace un corte que remueve parte del suelo impermeable. La excavación en este caso puede levantarse o erupcionar como un afloramiento de agua. Figura 1A-06. Ejemplo de una falla ocasionada por un corte cerca de un depósito de agua artesiana (Cornforth, 2005). Infiltraciones concentradas Uno de los casos más comunes de deslizamientos en zonas urbanas es el relacionado con infiltraciones de agua concentradas. Estas infiltraciones pueden provenir de rotura o escape de un ducto de acueducto o alcantarillado, concentración de agua superficialmente por falta de drenaje de aguas de escorrentía, taponamiento de un alcantarillado, bloqueo o represamiento de quebradas o descarga de aguas de alcantarillado. Generalmente es difícil detectar el sitio de origen de las infiltraciones, debido a que en una zona urbana hay Capítulo 1 Caracterización de movimientos 5 muchas posibilidades de origen de agua y la presencia de estructuras dificulta la investigación. Expansión y contracción En los suelos arcillosos se producen cambios de volumen por cambios de humedad asociados con el potencial de succión del material. Estas expansiones y contracciones producen agrietamientos y cambios en la estructura del suelo generalmente, con pérdida de la resistencia al cortante. La expansión es mayor cuando las presiones de confinamiento son bajas, por ejemplo en el pie de los taludes de baja pendiente. Igualmente los problemas de expansión pueden producirse después de muchos años. Existen casos estudiados de fallas de taludes relacionados con la expansión que ocurrieron 10 o 20 años después de la construcción del talud (Kayyal, 1991) Se puede disminuir evitando los cambios de humedad o disminuyendo el potencial de expansión utilizando procedimientos físicos y químicos como es la adición de cal. Disolución La disolución de materiales solubles en agua que puede ser acelerado por las condiciones locales, especialmente la presencia de aguas agresivas. Puede producir cavidades internas que podrían colapsar o formar cárcavas karsticas. Como tratamiento se sugiere la inyección o relleno de las cavidades o la construcción de estructuras de puente. Dispersión del suelo Los suelos dispersivos son suelos con contenidos de arcillas con presencia de iones de Na. Estos suelos al saturarse se dispersan y pierden prácticamente la totalidad de su resistencia a la cohesión. Lavado interno (Leaching) El lavado incluye cambios en la composición química del agua de poros al moverse esta a través de los vacíos del suelo. El lavado de sal del agua de poros de arcillas marinas contribuye al desarrollo de arcillas rápidas, las cuales virtualmente pierden toda su resistencia al alterarse. También ocurre lavado en suelos dispersivos en ambientes secos o desérticos cuando el agua transporta y deposita el calcio aumentándose las concentraciones de sodio en el agua de los poros y aumentando en esta forma el potencial de dispersión de los suelos. Este caso se presenta en los depósitos del abanico de Bucaramanga en Colombia (Suárez, 2005). Erosión superficial La erosión es el desprendimiento, transporte y depositación de partículas o masas pequeñas de suelo o roca, por acción de las fuerzas generadas por el movimiento del agua. El flujo puede concentrarse en canales produciendo surcos y cárcavas. Las gotas de lluvia pueden contribuir al desprendimiento de las partículas o granos. Puede producir sedimentación de materiales en el pie del talud. 6 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales Como solución se propone generalmente, la construcción de obras de drenaje y de bioingeniería, así como concreto dental, concreto lanzado o modificaciones de la topografía del talud. Los procesos de erosión son muy comunes en suelos residuales poco cementados o en suelos aluviales, especialmente, los compuestos por limos y arenas finas principalmente, cuando la cobertura vegetal ha sido removida. Se conocen varios tipos de erosión: a. Erosión Laminar El proceso de erosión laminar se inicia por el impacto de las gotas de agua lluvia contra la superficie del suelo, complementada por la fuerza de la escorrentía produciendo un lavado de la superficie del terreno como un todo, sin formar canales definidos. Al caer las gotas de lluvia levantan las partículas de suelo y las reparten sobre la superficie del terreno. La velocidad de las gotas de lluvia puede alcanzar valores hasta de 10 metros por segundo y su efecto es muy grande sobre las superficies de talud expuestos y sin cobertura vegetal. El proceso es particularmente grave cuando la pendiente del talud es grande, como es el caso de los taludes de cortes en obras viales. b. Erosión en surcos Los surcos de erosión se forman por la concentración del flujo del agua en caminos preferenciales, arrastrando las partículas y dejando canales de poca profundidad generalmente, paralelos. El agua de escorrentía fluye sobre la superficie de un talud y a su paso va levantando y arrastrando partículas de suelo, formando surcos (rills). Los surcos forman una compleja microred de drenaje donde un surco al profundizarse va capturando los vecinos, formando surcos de mayor tamaño, los cuales a su vez se profundizan o amplían formando cárcavas en forma de V que pueden transformarse a forma de U. Inicialmente la cárcava se profundiza hasta alcanzar una superficie de equilibrio, la cual depende de las características geológicas e hidráulicas, para luego iniciar un proceso de avance lateral mediante deslizamientos de los taludes semiverticales producto de la erosión. La localización en cuanto a su profundidad y la velocidad de avance del proceso es controlada por los fenómenos de tipo hidráulico y por la resistencia del material a la erosión. Los surcos de erosión pueden estabilizarse generalmente, con prácticas de agricultura. c. Erosión en Cárcavas Las cárcavas constituyen el estado más avanzado de 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 perímetro de la cárcava. Las cárcavas inicialmente tienen una sección en V pero al encontrar un material más resistente o interceptar el nivel freático se extienden lateralmente, tomando forma en U (Figura 1.5). Capítulo 1 Caracterización de movimientos 7 Figura 1.5. Esquema general de cárcava de erosión. Erosion por rios y corrientes de agua Los ríos tienen una tendencia a profundizarse y ampliarse, especialmente en el momento de las grandes inundaciones o avenidas. Los ríos erosionan las riberas, cortan el pie de los taludes y pueden activar deslizamientos. Este problema puede ser grave en zonas urbanas donde la acción antrópica maneja el río, disminuye su sección, aumenta sus velocidades y direcciona las corrientes. Erosión en las costas El oleaje produce permanentemente erosión en los taludes costeros y la línea de la costa está permanentemente en proceso de movimiento. Las rocas más susceptibles a daño por oleaje son los esquistos, las lutitas, las areniscas, las limolitas y las pizarras (Cornforth, 2005). La erosión puede ser acelerada en el momento de las grandes tormentas o huracanes. La erosión también ocurre por debajo del agua debido a las corrientes subacuáticas y en las playas por las corrientes laterales. En ocasiones se presentan grandes deslizamientos submarinos relacionados especialmente por la acción del hombre sobre el mar en puertos, dragados, entregas de agua, etc. Erosión interna (Piping) El agua al fluir por ductos concentrados dentro del suelo produce erosión interna, la cual da origen a derrumbamientos o colapsos que pueden generar un hundimiento del terreno o la formación de una cárcava. Erosión por afloramiento de agua Un caso de erosión puede ocurrir en los sitios de afloramiento de agua, formando pequeñas cavernas y/o taludes negativos, los cuales a su vez pueden producir desprendimientos de masas de suelo. 8 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales Flujo del suelo El desprendimiento y transporte de partículas gruesas y finas en una matríz de agua y granos en forma de flujo seco o saturado. Los flujos de detritos son impredecibles, mueven grandes volúmenes de material y pueden crear una amenaza moderada a alta. Se requiere un análisis especial de cada caso para su tratamiento. Generalmente no se les considera como procesos de deterioro sino como deslizamientos. Sin embargo, pueden generar grandes deslizamientos del macizo al producir cambios topográficos importantes. CAMBIOS FISICOS Y QUIMICOS EN LA ROCA O SUELO Los cambios fisicos y químicos en el suelo generalmente están relacionados con pérdida de resistencia y afecta principalmente a los suelos que contienen minerales de arcilla. El comportamiento mecánico de las arcillas está afectado por la interacción fisico – quimica entre las partículas de arcilla y esta interacción puede variar con el tiempo, debido a procesos ambientales diversos. Los problemas mas delicados corresponden a suelos con minerales arcillosos activos, los cuales se reflejan en un alto índice plástico. Generalmente los materiales con arcillas plásticas son materiales con problemas de estabilidad. Meteorización Las rocas y suelos están sujetos a pérdida de resistencia como resultado de la descomposición con el tiempo o meteorización. Este proceso incluye una serie de cambios físicos, químicos y biológicos. Entre más duro sea el suelo la posibilidad de meteorización es mayor. En el caso de suelos débiles la meteorización puede aumentar la resistencia en vez de disminuirla (Mitchell, 1993). Meteorizacion diferencial En cortes hechos por el hombre en rocas sedimentarias puede ocurrir erosión diferencial en los mantos menos resistentes a la erosión. Al erosionarse ciertos mantos pueden dejar sin sustento los mantos superiores y generar deslizamientos. Adicionalmente la presencia de aguas subterráneas puede producir erosión diferencial por afloramiento de agua en los mantos más permeables. Desintegración de la roca arcillosa 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 infiltración de agua, los pedazos de roca pueden desmoronarse o desintegrarse. A medida que la arcilla llena los vacíos dentro del relleno puede perder gran parte de su resistencia y el relleno puede volverse inestable (Duncan y Wright, 2005). Capítulo 1 Caracterización de movimientos 9 Ablandamiento por deformación (Strain softening) Los suelos físiles o quebradizos están sujetos a ablandamiento por deformación. En estos suelos ocurre falla progresiva en la cual no se puede movilizar la totalidad de la resistencia pico en forma simultánea en toda la superficie de falla. Deformaciones por concentración de esfuerzos Los materiales al estar sometidos a esfuerzos de compresión o cortante sufren deformaciones, las cuales aumentan con el tiempo en una especie de fatiga de los materiales de suelo o roca. Estas deformaciones se pueden evitar disminuyendo los esfuerzos sobre el suelo, construyendo estructuras de contención o refuerzo. Fatiga o deformación a largo plazo (creep) con carga sostenida. Las arcillas y especialmente las arcillas muy plásticas se deforman en forma continua cuando están sujetas a carga sostenida. Estas arcillas pueden fallar eventualmente bajo estas cargas sostenidas, aún a esfuerzos de cortante que son significativamente inferiores a la resistencia de la arcilla a corto plazo. La fatiga es potenciada por la variación de condiciones de carga en procesos de humedecimiento y secado. En los taludes estos movimientos generalmente ocurren en la dirección hacia abajo del talud y no se recobra cuando las condiciones adversas desaparecen. El resultado es un movimiento en forma de arrugas del talud que aumenta año a año y que puede eventualmente terminar en un gran deslizamiento. Formación de estrías o espejos de falla 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 partículas de arcilla, que son partículas laminares se alinean paralelamente a la superficie de movimiento. El resultado es una superficie lisa que exhibe un brillo especial. La arcilla se separa muy fácilmente a través de estas superficies, debido a que las superficies de estrías son más débiles que el resto de la arcilla. El ángulo de fricción en estas superficies corresponde al ángulo de fricción residual. En arcillas plásticas este ángulo de fricción puede ser de solo 5° o 6° comparado con ángulos de fricción pico de 20° a 30° en la misma arcilla (Duncan y Wright, 2005). Los espejos de falla se desarrollan principalmente en suelo predominantemente arcillosos y los contenidos significativos de limo o arena inhiben su formación. En algunos depósitos de arcilla se forman espejos de falla en forma aleatoria en varias direcciones. Este tipo de espejos de falla tienen menos importancia para la estabilidad de taludes que un set sencillo de espejo de falla con una dirección desfavorable para un deslizamiento. 10 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales Figura 1.25 Deformaciones de pre-falla en el deslizamiento de “Les grandes murailes” en Francia (Leroueil y otros 1996). Agrietamiento por tensión La mayoría de los suelos poseen muy baja resistencia a la tensión y la generación de esfuerzos relativamente pequeños, (especialmente arriba de la cabeza de los taludes y laderas), puede producir grietas de tensión, las cuales facilitan la infiltración de agua y debilitan la estructura de la masa de suelo permitiendo la formación de superficies de falla. Las fallas de los taludes con mucha frecuencia son precedidas por el desarrollo de grietas cerca de la cabeza del talud. Estas grietas son posibles solamente en los suelos que tienen alguna resistencia a la tension. Debe tenerse en cuenta que una vez aparece la grieta, la totalidad de la resistencia en el plano de la grieta se pierde. Capítulo 1 Caracterización de movimientos 11 Caída de granos Consiste en la caída de granos individuales de la masa de roca con desintegración física a granos como prerequisito. Depende de la resistencia de las uniones intergranulares y las microgrietas relacionadas con los granos. Causa un debilitamiento general del material de roca. No representa una amenaza en sí misma pero puede conducir a la pérdida de soporte y subsecuente colapso en pequeña escala. Los finos pueden sedimentarse y producir depósitos dentro de las estructuras de drenaje. Como solución se sugiere la limpieza de los residuos en el pie del talud y el cubrimiento con técnicas de bioingeniería concreto lanzado y refuerzo local, donde exista riesgo de colapso. Descascaramiento Caída de cáscaras de material de la masa de roca. Las cáscaras tienen forma de láminas con una dimensión significativamente menor a las otras dos dimensiones. Puede reflejar la litología, fisilidad, o puede reflejar la penetración de la meteorización. Los fragmentos en forma de láminas no son grandes y no constituyen una amenaza significativa, sin embargo, se produce un depósito de sedimentos en el pie del talud. Como tratamiento se sugiere las técnicas de bioingeniería y concreto lanzado con pequeños anclajes y obras de concreto dental. 12 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales Figura 1.4. Procesos de deterioro en macizos rocosos (Nicholson y Hencher – 1997). Formación, inclinación y caída de losas de roca Se forman prismas o pequeñas placas con dimensión mínima de 50 mm, pudiendo existir deslizamiento y rotación o pandeo. Generalmente, las fracturas a tensión Capítulo 1 Caracterización de movimientos 13 paralelas a la superficie del talud son prerequisito para su ocurrencia, seguidas por la pérdida de soporte. Pueden caer grandes bloques de material y pueden significar una amenaza importante, causando daño a los canales de drenaje, cercas, pavimentos o puede crear taludes negativos. Las inclinaciones pueden considerarse como un proceso de deterioro o como un movimiento del talud. Como tratamiento se sugiere la construcción de gradas o escaleras, bermas intermedias, refuerzo con pernos o estructuras de contención. Caídos de bloques Pueden caer por gravedad, en forma ocasional bloques individuales de roca de cualquier dimensión, produciendo un deterioro en la estructura del talud. La caída de muchos bloques de roca “en un solo evento” requiere que haya ocurrido un debilitamiento de la masa de roca, debido a la fragmentación y a la ausencia de soporte lateral. El volumen de la falla depende de los diversos planos de discontinuidad y puede cubrir en un solo momento varios planos (falla en escalera). La amenaza es difícil de predecir debido al gran rango de tamaños que pueden caer y especialmente los bloques grandes pueden causar daño estructural. En ocasiones bajan saltando y rodando y pueden caminar grandes distancias. Estos caídos corresponden a los caídos de roca en la clasificación general de movimientos en taludes. Como tratamiento se sugiere la construcción de gradas, la utilización de mallas de acero, concreto lanzado o mampostería. Desmoronamiento del talud El desmoronamiento general del talud produce la caída de bloques de diversas dimensiones en forma semicontinua. Puede causar una amenaza significativa y crear grandes acumulaciones de detritos en el pie del talud. Como solución se sugiere la construcción de gradas, colocación de mallas, trampas para detritos y cercas protectoras; también se pueden construir estructuras de submuración en mampostería o concreto lanzado. Los bloques grandes pueden requerir aseguramiento con pernos, anclajes o cables. Las áreas con desintegración severa pueden requerir soporte total o disminuir el ángulo de inclinación del talud. Colapso por falta de soporte Bloques independientes de gran tamaño colapsan debido a la falta de soporte vertical. El tamaño de los bloques es de más de 500 mm e incluyen los taludes negativos (overhangs). Representa una escala grande de amenaza, de acuerdo a su tamaño y potencial de colapso. Las soluciones incluyen concreto dental, estructuras de refuerzo, submuración y otras estructuras de retención. 14 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales EFECTOS DE VIBRACIONES Y SISMOS Los sismos pueden generar deslizamientos especialmente en taludes con estabilidad marginal, deslizamientos por licuación y deslizamientos de traslación en suelos arcillosos de gran espesor. Igualmente se pueden producir agrietamientos y desintegración en los taludes de roca. Cargas sísmicas Los sismos producen aceleraciones horizontales y verticales sobre los taludes, los cuales resultan en variaciones de esfuerzos colocados en forma rápida. Las fuerzas dinámicas que actúan sobre el talud pueden causar inestabilidad momentánea. Agrietamiento cosísmico Los eventos sísmicos pueden producir agrietamientos especialmente en los materiales rígidos y frágiles. Los agrietamientos cosísmicos debilitan la masa de talud y generan superficies preferenciales de falla. El agrietamiento cosísmico es menor cuando existe buen refuerzo subsuperficial con raíces de la cobertura vegetal. Pérdida de resistencia por cargas cíclicas Bajo la influencia de cargas cíclicas, las uniones entre partículas de suelo pueden romperse y/o las presiones de poro pueden aumentar. Los suelos más sujetos a pérdida de resistencia debido a cargas cíclicas son los suelos sueltos y los suelos con partículas que están muy poco cementadas. Las arenas sueltas pueden licuarse bajo la acción de ciertas cargas cíclicas y perder virtualmente toda su resistencia. Licuación En suelos saturados en sismo genera presiones de poro instantáneas, las cuales a su vez producen pérdida de resistencia en el suelo. La pérdida de resistencia puede ser tal que se pierda virtualmente la totalidad de la resistencia y el suelo se comporte como un líquido. Este fenómeno conocido como licuación es muy común en taludes en zonas sísmicas. Esta licuación se produce especialmente en suelos arenosos y limosos incluyendo las gravas. Generalmente en la mayoría de los grandes sismos se producen problemas de deslizamientos por licuación, especialmente en depósitos aluviales y en rellenos. Figura 1A-09. Deslizamiento progresivo en el sismo de Alaska de 1967. (Seed y Wilson, 1967) Figura 1A-10. Deslizamiento de la presa de San Fernando en California en 1971. (Seed y Harder, 1990). Capítulo 1 Caracterización de movimientos 15 1.12 MODIFICACION DE LAS CARGAS Aplicación de cargas externas 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 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. Para evitar incrementos significativos en los esfuerzos de cortante sobre el talud, las cargas deben separarse la mayor distancia posible de la cabeza del talud. Algunos códigos urbanos determinan los aislamientos que deben mantenerse entre la cabeza de los taludes y las estructuras (CDMB, 2005). Los rellenos a media ladera o sobre la parte superior de un talud o ladera son una causa común de deslizamientos(Figura 1A- 03). El caso de deslizamiento más común es el de terraplenes sobre suelos blandos. Figura 1A-03. 2005). Ejemplos de deslizamientos causados por rellenos (Cornforth, Excavación del pié del talud La excavación en el pié del talud hace que el talud general tenga una mayor pendiente o altura, se aumenten los esfuerzos de cortante y se disminuya la estabilidad . Algunas formaciones geológicas son muy susceptibles a deslizarse por acción de los cortes. Entre los casos más comunes de deslizamientos se encuentran los cortes en coluviones o talus, en esquistos y en lutitas. Los problemas pueden ser más complejos si existen condiciones de corrientes de agua o aguas artesianas. La erosión en el pié del talud puede producir un efecto similar. DEFORESTACION El tema de deslizamientos causados por la deforestación ha sido muy polémico durante los últimos años. Algunos autores atribuyen buena parte de los deslizamientos en zonas tropicales a la deforestación. Sin embargo, en grandes eventos de lluvias se han observado evidencias de que las zonas cubiertas con vegetación pueden producir igual o mayor cantidad de deslizamientos que las zonas descubiertas. En eventos lluviosos de gran magnitud muy posiblemente la vegetación no es un factor importante. Por el contrario, en lluvias de baja intensidad la vegetación juega un papel muy importante. La deforestación reduce la evapotranspiración, la alteración del suelo facilita la infiltración y la situación es grave cuando se pierde la resistencia producida por las raíces. Las raíces se pudren en un lapso entre 3 y 7 años después de la deforestación. (Gray y Sotir, 16 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales 1996), explican que el refuerzo debido a las raíces se limita a los 1.5 metros más superficiales del talud. REACTIVACION DE MOVIMIENTOS ANTIGUOS Algunos deslizamientos de gran magnitud corresponden a movimientos antiguos los cuales se han reactivado o se encuentran todavía en movimiento lento. Generalmente esos taludes se clasifican geológicamente como coluviones y en ocasiones como formaciones geológicas independientes. Es común que la parte alta de estos deslizamientos tenga una forma de “graben” formando un pantano o lago. En la parte de la superficie de falla pueden ocurrir zonas de corte de espesor importante. Los deslizamientos antiguos pueden ser activados por la acción humana la cual puede producir modificaciones en la hidrología subterránea o en la conformación superficial de los taludes.
