Tipos y diseños de taludesIntroducción El moderno desarrollo de las actuales vías de comunicación, tales como canales, caminos y ferrocarriles, así como el impulso de la construcción de presas de tierra, y el desenvolvimiento de obras de protección contra la acción de ríos han puesto al diseño y construcción de taludes en un plano de importancia ingenieril de primer orden. Tanto por el aspecto de inversión, como por las consecuencias derivadas de su falla, los taludes constituyen hoy una de las estructuras ingenieriles que exigen mayor cuidado por parte del proyectista. Con la expansión de los canales, del ferrocarril y de las carreteras, provocaron los primeros intentos para realizar un estudio racional en este campo, pero no fue sino hasta el advenimiento de la Mecánica de los Suelos cuando fue posible aplicar al diseño de taludes normas y criterios. Estas normas y criterios apuntan directamente a la durabilidad del talud, esto es a su estabilidad a lo largo del tiempo. Foto 1: Deslizamiento superficial del terraplén de un camino vial. Se puede observar claramente la superficie de falla y el depósito del material en el pie del talud. El resultado del deslizamiento de un talud puede ser a menudo catastrófico. GENERALIDADES . Rosario). Foto 2: Vista del talud que forma parte de un terraplén. se realiza una excavación en una formación térrea natural (desmontes). etc. en presas de tierra (como la Presa Retardadora del Ludueña. pero un conservadorismo extremo sería antieconómico Definición de Talud Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra. en el corte. Tal es el caso de terraplenes en caminos viales. sin intervención humana. donde se requiere estudiar la estabilidad del talud.. canales. En ciertos trabajos de la Ingeniería Civil es necesario utilizar el suelo en forma de talud como parte de la obra. condicionando la existencia de la misma como puede verse en presas de tierra. sin olvidar el papel básico que la geología aplicada desempeña en la formulación de cualquier criterio aceptable. Por otro lado el costo de rebajar un talud para alcanzar mayor estabilidad suele ser muy grande. según sea la génesis de su formación. en tanto que los taludes artificiales son los lados inclinados de los terraplenes. con la pérdida de considerables bienes y muchas vidas. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes artificiales. Es por esto que la estabilidad se debe asegurar. donde un mal cálculo puede hacer fracasar la obra. No hay duda que el talud constituye una estructura compleja de analizar debido a que en su estudio coinciden los problemas de mecánica de suelos y de mecánica de rocas. Cuando el talud se produce en forma natural. En ciertos casos la estabilidad juega un papel muy importante en la obra. se denomina ladera natural o simplemente ladera. Un talud es cualquier superficie inclinada con respecto a la horizontal adoptando esa posición de forma temporal o permanente y con estructura de suelo o de roca. es de gran cuidado el diseño de talud. Aplicar los criterios de resistencia de material que esta hecho el talud y compararlos para saber si con tal resistencia el mecanismo adoptado falla. etc. de deslizamiento ladera abajo que se presenta en la zona superficial de algunas laderas naturales. El creep suele involucrar a grandes áreas y el movimiento superficial se produce sin una transición brusca entre la parte superficial móvil y las masas inmóviles más profundas. No se puede hablar de una superficie de deslizamiento. Deslizamientos superficiales (creep) Cualquier talud está sujeto a fuerzas naturales que tienden a hacer que las partículas y porciones de suelo próximas a su frontera deslicen hacia abajo. 2. Se refiere esta falla al proceso más o menos continuo. terraplenes. 4.1. DISEÑO DE TALUDES Diseño límite o análisis límite para taludes: 1. cortes. represas ferrocarriles. Cuando se va a construir taludes en presas de enrocamiento o de tierra. Suponer una superficie de falla. TIPOS DE TALUDES * Naturales: son formados por la naturaleza a través de la historia geológica * Artificiales: necesitan de la intervención del hombre y son ejecutados para construir: carreteras. y por lo general lento. “taludes. . ya que si la represa falla se las poblaciones aguas abajo. El primero en mayor o menor grado siempre existe. Existen dos clases de deslizamientos: el estacional. El fenómeno se pone de manifiesto a los ojos del ingeniero cuando nota que los árboles y postes están inclinados respecto de la vertical. Además puede observarse la inclinación de los árboles respecto de la vertical.Foto 3: Deslizamiento producido por la saturación del suelo. no interesadas por los efectos ambientales y que. que afecta a capas de tierra más profundas. en consecuencia. y el masivo. que afecta solo a la corteza superficial de la ladera que sufre la influencia de los cambios climáticos en forma de expansiones y contracciones térmicas o por humedecimiento y secado. solo se puede atribuir al efecto gravitacional. lo que hace pensar que se está ante la presencia de creep. afectada por el creep normal del crecimiento de Probable distribución de la velocidad de movimiento de la ladera Eventual agrietamiento Eventual escalonamiento . la velocidad de movimiento ladera debajo de un creep típico puede ser muy baja y rara vez se excede la de algunos centímetros al año. El fenómeno es más intenso cerca de la superficie. variando su intensidad según la época del año. en cambio el segundo los movimientos son prácticamente constantes. cuando se evidencian agrietamientos o escalonamientos en el talud. Dirección de Dirección crecimiento de los árboles. o adelante del mismo afectando al terreno en que el talud se apoya (falla en la base). a consecuencia de ello sobreviene la ruptura del mismo. interesando o no al terreno de fundación. Estas fallas son llamadas de rotación. Cabe señalar que la superficie de este último tipo de falla puede profundizarse hasta llegar a un estrato más resistente o más firme de donde se encuentra el talud. provocando en este punto un límite en la superficie de falla. en la que por lo general influye la secuencia geológica local.1. con superficies de falla que penetran profundamente en su cuerpo. Esta superficie forma una traza con el plano del papel que puede asimilarse. Movimiento del cuerpo del talud Puede ocurrir en taludes movimientos bruscos que afecten a masas considerables de suelo. siendo esta profundidad mayor cuanto mayor sea la pendiente. Falla Rotacional En el primer lugar se define una superficie de falla curva. el perfil estratigráfico y la naturaleza de los materiales. (a) (b) . aunque pueden existir formas algo diferentes.Figura 1:Indicadores que indican la presencia de un movimiento superficial (creep) 4. En general afectan a zonas relativamente profundas del talud. Este tipo de fallas ocurren por lo común en materiales arcillosos homogéneos o en suelos cuyo comportamiento mecánico esté regido básicamente por su fracción arcillosa. a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud.2. Estos fenómenos se los denomina “deslizamientos de tierras” y puede estudiarse dos tipos bien diferenciados. con la formación de una superficie de deslizamiento a lo largo de la cual se produce la falla. Las fallas por rotación se denominan según donde pasa el extremo de la masa que rota. Puede presentarse pasando la superficie de falla por el cuerpo del talud (falla local). 4. por facilidad y sin mayor error a una circunferencia. por el pie. Se considera que la superficie de falla se forma cuando en la zona de su futuro desarrollo actúan esfuerzos cortantes que sobrepasan la resistencia al corte del material.2. Se suelen provocar por el efecto de la sobrecarga impuesta por un terraplén construido sobre la ladera. Las fallas de una franja superficial son típicas de laderas naturales formadas por materiales arcillosos.Figura 2: (a) Nomenclatura de una zona de falla. siempre en añadidura al efecto del estrato débil subyacente. O Suelo de cimentación blando Figura 3: Falla de base O Suelo blando Estrato firme . muchas veces están asociadas a discontinuidades y fracturas de los materiales que forman un corte o una ladera natural. Falla Traslacional Estas fallas por lo general consisten en movimientos traslacionales importantes del cuerpo del talud sobre superficies de falla básicamente planas. En estas fallas el movimiento ocurre casi sin distorsión. 4. Con mucha frecuencia. asociadas a la presencia de estratos poco resistentes localizados a poca profundidad del talud.2.2. Los estratos débiles que favorecen estas fallas son por lo común de arcillas blandas o de arenas finas o limos no plásticos sueltos. Las fallas del material en bloque. En este sentido. la debilidad del estrato está ligada a elevadas presiones de poro en el agua contenida en las arcillas o a fenómenos de elevación de presión de agua en estratos de arena (acuíferos). producto de la meteorización de las formaciones originales. (b) Distintos tipos de falla. las fallas pueden estar ligadas también al calendario de las temporadas de lluvias de la región. La superficie de falla se desarrolla en forma paralela al estrato débil y se remata en sus extremos con superficies curvas que llegan al exterior formando agrietamientos. > Falla por movimiento de talud: * Falla por rotación: es una superficie de falla curva. > Falla por capacidad soportante: ustedes ya saben. * Fallas por traslación: ocurre a lo largo de superficies débiles estos suelen ser horizontales o muy poco inclinados. etc. 2) Superficies planas: Coulomb 3) Superficie de la espiral logarítmica: fue propuesta en 1935 por Rendulio e inmediatamente después Taylor llego a resultados iguales Tipos de falla más comunes > Falla por deslizamiento superficial : depende del tiempo y el clima. esto será posible si en un punto dado se mantienen los esfuerzos del . agua. Superficies de falla: 1) Superficies curvas : propuesta por Collin en 1845 perfeccionado por Peterson en 1916 en Suecia y Fellenius en 1927 fue el creador del método Sueco que es el que más se acerca a la realidad. a lo largo de la cual ocurre el movimiento de talud. actuando como un sólido de cuerpo rígido que se desliza a lo largo de la falla. > Falla por licuación: se da cuando esta de una forma más o menos firme a la correspondiente a una suspensión. bajo un flujo de agua que se produzca sobre la masa de suelo o deformaciones provocadas por cortante de tal manera que el talud se mantenga en equilibrio plástico.Figura 4: Falla limitada por un estrato firme II. PARÁMETROS DE RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE QUE DEBEN USARSE EN LAS DIFERENTES DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD. > Flujo: asemeja al flujo de un liquido viscoso pueden ocurrir en cualquier forma no cementada > Falla por erosión: se da en la superficie provocada por el arrastre del viento. III. bajo condiciones de agua. Estabilidad de taludes: Consiste en determinar un ángulo del talud para el cual en condiciones normales. > Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes: el más sencillo es el que aparece en laderas formadas por depósitos de talud sobre otros materiales firmes estratificados. TIPOS Y CAUSAS DE FALLAS MÁS COMUNES Falla en un talud: ocurre como un deslizamiento de la masa de suelo. sean iguales o mayores que la resistencia del suelo. En la naturaleza existen 4. Los suelos no estables se deslizaran a través de superficies de falla preferenciales.talud provocados dentro de la masa de talud. 6. Suelos Cohesivos: superficie de falla es curva o circular por lo tanto el análisis en la estabilidad del talud se aplicarán los métodos de diseño de “estabilidad de talud”. En suelos cohesivos con taludes muy inclinados la falla ocurre a lo largo de superficies circulares restringidas a una zona superficial de espesor Z1. Aplicado para rellenos de gran altura en carreteras * Método de fellenius para presas de tierra . serán estables si el ángulo de inclinación del talud es menor que el ángulo de fricción interna de la arena. son menores que las que lo provocan y al ser de esa manera se produce la falla de talud. Causa de movimiento de taludes 1. 5. El análisis de talud debe hacerse tomando en cuenta las fuerzas resistentes como propiedad. La superficie del talud puede tener planos de ruptura rectos. estos pueden ser sustituidos para el estudio práctico por superficies de ruptura circulares o de espirales logarítmicas MÉTODOS DE DISEÑO DE TALUDES * Método de Culmana para taludes naturales * Circulo de fricción. La superficie de ruptura se profundiza indefinidamente. Suelos Cohesivos: El ángulo de inclinación del talud es superior al ángulo de fricción interna ß=f. la superficie de falla es plana. o sea el ángulo de fricción interna natural de l arena en equilibrio plástico. Los suelos que forman un talud con la contribución del agua se vuelven inestables y por lo tanto tiende a moverse hacia la parte inferior ya sea por gravedad u otras fuerzas o cargas excéntricas al incrementarse o cuando la resistencia del suelo disminuyen de tal manera que las fuerzas que se oponen al movimiento en total. 2. Suelos No cohesivos: suelos granulares o arenas puras. 7. 3. Los taludes construidos sobre macizos no cohesivos. Un talud se considera estable si el ángulo de inclinación fuera menor dentro de cierto rango de seguridad que el ángulo calculado. 8. si el suelo es residual 2) Depende de la geología: forma en como fueron depositados los elementos 3) De la geomorfología 4) Topografías 5) Hidrología Local Cuando hay deslizamiento se exige que se verifique la presencia o efecto del agua. arenosos.40 Seguridad Relativa * =1. FACTORES DEL FS: Valores de factores de seguridad: * =1 Equilibrio * <1 Seguridad cuestionable * 1-1. Y el FS a lo largo de una superficie de falla es el que toma en cuenta la tensión cortante disponible y la tensión cortante al equilibrio. tiende a la falla FS>1 : relativamente estable FS<1 : inestable CLASIFICACIÓN DE VARNES DEL TIPO DE MOVIMIENTO DE MASAS 1) Depende del tipo de suelo. es decir la suma de todas las fuerzas actuantes.25 Inestable * 1. SIGNIFICADO DEL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES Factor de Seguridad: relación entre valores max que resisten(corresponden a la resistencia de los suelos) y las grandezas o valores que provocan el movimiento. Los suelos en la naturaleza se presentan de la siguiente manera: 1) Raramente homogéneas o sea sin estratificación .50 Satisfactorio para taludes de presas de tierra o enrocamiento El factor de seguridad para la superficie de falla. * Método de Morgestern and Price es el método general. cohesivos.* Método de Bishop * Método de Spencer donde el FS en menor * Método de Jambu considera cualquier superficie de ruptura no circular.50 Satisfactorio para taludes * =1. se compone con un FSmin = 1. es decir ver si existe poropresión con infiltración y verificar si el suelo esta saturado porque cuando el suelo esta saturado se producen movimientos progresivos de la masa.25-1. El factor de seguridad en un punto del talud depende del plano de falla considerado.5 FS=1: equilibrio. 2) Suelos químicamente homogéneos 3) Suelos sobre-consolidados. facilitan y cooperan al deslizamiento: 1) Formación geológica 2) Morfologico-Topografico 3) Climatico-Hidrologico 4) Gravedad 5) Calor solar 6) Tipo de vegetación Agentes Efectivos: * Pluviosidad * Capacidad de disolución química Inmediatos: * Lluvia intensa . arenas y limos sueltos depositados en arcilla B Suelos suaves. arcillas fisuradas C Suelos duros con arcillas fisuradas D Arcillas en extensiones planas con bolsas de arenas o limos Agentes y Causas de los Movimientos (según Guidicine) Causa: forma de actuación del agente que produce el deslizamiento. Según Varnes: Tipo de Suelo Descripción A Suelos sueltos. y el más importante es el agua. AGENTES PREDISPONENTES AL DESLIZAMIENTO Predisponen. arenas húmedas A1 Mezcla de grasas. los cuales provocan: * Aumento de peso * Disminución de cortante * Disminución de la cohesión * Aumento de las poropresiones o presión hidrostáticas a través de los planos en que actúan. presentan fisuras y grietas que constituyen puntos débiles de la estructura y por lo tanto se consideran sin estratificación. * Sismo * Acción del hombre Causas: * Internas: Factores que reducen la resistencia * Externas: Factores que aumentan las tensiones cortantes * Intermediarias: Licuefacción espontanea. descanso rápido del nivel del agua PARTES DEL TALUD: * Falla local * Falla por el pie del talud * Falla de la base o cimentación del talud .