CTT - Tema Estabilizacion de Taludes 0201

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RESUMEN. En la presente comunicación se presenta la metodología del arte de estabili- zar taludes y se incluyen una serie de reflexiones sobre: a) La evaluación de parámetros geotécnicos. b) Sobre la definición de la superficie de desliza- miento. c) Sobre los coeficientes de seguridad. D) Sobre los métodos de estabilización de taludes utilizados en Andalucía. E) Sobre la validez de los métodos numéricos de cálculo, etc. Se incluyen diversas recomendaciones sobre estas técnicas de actuación, en base a ejemplos de obras reales. 1.- INTRODUCCIÓN. El propósito de esta comunicación es incluir una serie de reflexiones que la práctica permite hacer a su autor, referidas al "Arte de estabilización de talu- des". Generalmente estos problemas de taludes se concentran en varias ban- das geográficas: — La Banda Nor-Nordeste, que va desde Galicia hasta Cataluña, pasando por la Cornisa Cantábrica hasta el Pirineo: Problemas en coluvionales sobre superficies de roca alterada, (más de cien mil m 3 ) y pequeños (500- 2000 m 3 ). CARRETERAS PARA UNA SOCIEDAD EN DESARROLLO “Reflexiones sobre el arte de la estabilización de taludes” D. Carlos Oteo Mazo Prof. Dr. Ing. de C. C. y P./ Dpto. de Ingeniería y Morfología del Terreno E.T.S. Ing. de C. C. y P. / (Univ. Polit. de Madrid)

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  • RESUMEN.

    En la presente comunicacin se presenta la metodologa del arte de estabili-zar taludes y se incluyen una serie de reflexiones sobre: a) La evaluacin deparmetros geotcnicos. b) Sobre la definicin de la superficie de desliza-miento. c) Sobre los coeficientes de seguridad. D) Sobre los mtodos deestabilizacin de taludes utilizados en Andaluca. E) Sobre la validez de losmtodos numricos de clculo, etc. Se incluyen diversas recomendacionessobre estas tcnicas de actuacin, en base a ejemplos de obras reales.

    1.- INTRODUCCIN.El propsito de esta comunicacin es incluir una serie de reflexiones que laprctica permite hacer a su autor, referidas al "Arte de estabilizacin de talu-des". Generalmente estos problemas de taludes se concentran en varias ban-das geogrficas:

    La Banda Nor-Nordeste, que va desde Galicia hasta Catalua, pasandopor la Cornisa Cantbrica hasta el Pirineo: Problemas en coluvionalessobre superficies de roca alterada, (ms de cien mil m3) y pequeos (500-2000 m3).

    CARRETERAS PARA UNA SOCIEDAD EN DESARROLLO

    Reflexiones sobre el arte de laestabilizacin de taludes

    D. Carlos Oteo MazoProf. Dr. Ing. de C. C. y P./ Dpto. de Ingeniera y Morfologa del Terreno E.T.S.

    Ing. de C. C. y P. / (Univ. Polit. de Madrid)

  • La Banda Este, paralela al Mediterrneo, desde Barcelona hasta Almera.Predominan problemas de taludes rocosos, desprendimientos, etc.

    La Banda Sur-Sudeste, que incluye las provincias andaluzas, la deBadajoz y el Sur de Ciudad Real.

    El resto o zona de Meseta Central tiene problemas de poca entidad.

    Este texto est dirigido principalmente, a los problemas de la Banda Sur-Sudeste.

    2.- SOBRE LA MORFOLOGA DE LAS INESTABILIDADES.

    En la zona andaluza se han presentado numerosos problemas de inestabili-dad de taludes, asociados no slo al tipo de materiales existentes sino a laclimatologa de la zona: En general toda la Banda (salvo el Norte de Huelva,Sur de Badajoz, Sur de Ciudad Real y algunos puntos excepcionales deCdiz) tiene un dficit de agua y tiene un clima rido a semi-rido, con ciclosms o menos largos de sequa, seguidos de uno o dos aos lluviosos. Porejemplo, en Mlaga, a lo largo de los ltimos 50 aos, se han producidoimportantes lluvias cada 7-10 aos, con crecidas del Ro Guadalhorce (2000,1997, 1989, etc.) que han afectado a su polgono industrial. A esta situacinse dan excepciones como la actual, (principios del 2003), en que despus delas importante lluvias entre otoo de 1996 y primavera de 1998 no ha habidouna poca larga de sequa. Estas alternancias de dficits largos de humedady de aportaciones importantes en perodos cortos (Ver criterio de peligrosidadde Oteo, 1997) han tenido su reflejo en costes de reparacin de ms de 150millones de euros en Andaluca (1996-98).

    Estas inestabilidades son de tamao diverso:

    Pequeas inestabilidades superficiales en recubrimientos arcillosos (colu-viones y sustrato alterado, Fig. 1), de unos 8-15 m de anchura, por 7-15m de altura y una profundidad de 2-4 m (O sea, de 100 a 1.000 m3 de volu-men).

    Grandes movimientos de ladera: Cerca de medio millar a dos millones dem3, como los producidos en El Molinillo y Diezma (Fig. 2).

    Inestabilidades intermedias, como en terraplenes a media ladera (2.000 a10.000 m3 de volumen, Fig. 3), o deslizamientos de zonas blandas bajoestratos calcreos (de 20.000 a 100.000 m3, Fig. 4).

    CONGRESO ANDALUZ DE CARRETERAS

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    Fig. 2.- Gran movimiento de ladera tpico de la zona de Granada

    Fig. 1.- Inestabilidad tpica superficial en talud arcilloso

    3.- SOBRE LA METODOLOGA

    Al principio de la comunicacin hemos hablado del "Arte de estabilizar talu-des". Aqu empleamos el trmino "arte" como "habilidad o destreza para haceralgo" o como "conjunto de preceptos para hacer bien una cosa". As, el resol-ver problemas de inestabilidad sugiere el establecimiento de una serie de medi-das que sirvan para conseguir el fin deseado: Operar sobre el talud inestable yalrededores para que se consiga que desaparezca el peligro originado por lainestabilidad. A continuacin se describe una posible metodologa que reco-mendamos para posibles futuras actuaciones:

  • UNO: Establecer la HISTORIA del problema: Sus antecedentes, movi-mientos registrados, etc, a fin de comprender el origen del problema.

    DOS: Elaborar una topografa adecuada, partiendo de la anterior al pro-blema y elaborando una nueva, que refleje la situacin real actual. Esto esfundamental para establecer tanto la forma de la inestabilidad, sus dimen-siones en planta, etc.

    TRES: Intuir la influencia del agua, cartografiando la presencia de fuentesprximas, acumulaciones de agua, etc.

    CUATRO: Determinar la estratigrafa de la zona y parmetros geotcnicos:Materiales presentes, capas alteradas, intercalaciones cementadas o per-meables como ocurre en las "margas azules", lisos, etc, con geologa,sondeos, etc.

    CINCO: Retroanlisis de lo sucedido, utilizando los mtodos que seanadecuados. Por cuestin de rapidez e "in situ", hemos utilizado el bacode Taylor, considerando un terreno medio homogneo.

    SEIS: Estudiar los accesos para entrada de maquinaria y su disponibili-dad, posibles vertederos prximos, posibilidad de conseguir escollera,etc.

    SIETE: Estudio de alternativas, a partir del retroanlisis de los accesos, delas mquinas disponibles, etc., y seleccin de la solucin definitiva (porfases).

    OCHO: Seguimiento de la solucin elegida (con refuerzo del pie).

    CONGRESO ANDALUZ DE CARRETERAS

    Fig. 3.- Rotura de terrapln a media ladera. Fig. 4.- Rotura en masas calcreas sobreformaciones blandas.

  • NUEVE: Auscultacin de la obra: inclinmetros, referencias para nivela-cin, etc.

    DIEZ: Reconsideracin a medio y largo plazo de la validez de la solucin.

    En algunas ocasiones, para inestabilidades de pequeo volumen esta metodo-loga puede simplificarse, eliminando, las fases 2, 4, 5, 8 y 9. Pero en el caso decorrimientos de medio a gran volumen este mtodo de trabajo da buenos resul-tados.

    4.- SOBRE LOS MATERIALES.

    En otro trabajo anterior (OTEO, 1998, I Congreso Andaluz de Carreteras deGranada) hemos considerado que los materiales de la Banda Sur-Sudeste deEspaa pueden agruparse en cinco tipos genricos: Los materiales A corres-ponden a lo que suele llamarse "formaciones rocosas", fracturadas, definiblesa travs de clasificaciones geomecnicas, en que el sistema de diaclasas defi-ne, junto con la resistencia de la roca matriz, los problemas de posible inesta-bilidad. Al Norte de Huelva, Sur de Badajoz y Sur de Ciudad Real pueden pre-sentarse materiales esquistosos y areniscosos de este tipo. En el sur de CiudadReal y Norte de Jan tambin aparecen materiales rocosos duros, como grani-tos y gneises, areniscas y conglomerados, etc. Mientras que en Mlaga,Granada y Almera pueden encontrarse formaciones calcreas (calizas y dolo-mitas) masivas y no muy fracturadas, calcoesquistos del Complejo Malguide,etc. Los materiales tipo B corresponden a formaciones rocosas muy fractura-das, con planos de discontinuidad marcados, como el Complejo Alpujrride.Los taludes naturales suelen variar entre 20 y 30 . Se trata de materiales afec-tables por agua (que disminuye el rozamiento interno, a veces por la presenciade sericita y serpentina). Al realizar desmontes suelen liberarse tensiones tect-nicas horizontales, lo que da lugar a la apertura de gran nmero de fisuras,(carretera Granada-Motril, pizarras de Pozoblanco, etc).

    Los Materiales tipo C incluyen arcillas margosas, como las "margas azules" delGuadalquivir (que en superficie pueden estar alteradas y ser marrones y par-das), las arcillas margosas de beda y Villacarrillo, etc. Tienen apariencia con-tinua y masiva, generalmente miocenos, fisurados y con "slickensides". En talu-des pueden ser peligrosos y dar lugar, al saturarse, a flujos de barro. Las rotu-ras de taludes suelen ser superficiales. Los Materiales pliocnicos, general-mente amarillentos y constituidos por arenas arcillosas vienen a constituir elgrupo D (Sevilla, Cdiz y Huelva). Se trata de suelos algo cementados por car-bonatos, pero muy diferentes de las arcillas margosas del tipo C. Por ltimocabe citar a los Materiales cuaternarios (tipo E), que recubren los valles de losros, las marismas, etc.

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  • 5.- SOBRE LA EVALUACIN DE LOS PARMETROS.

    Aunque el retroanlisis ayuda a determinar los parmetros geotcnicos quegobiernan el problema, ha de tenerse una idea aproximada de su orden demagnitud. Slo tenemos una condicin (F = 1) y son dos parmetros (cohesin,c, y rozamiento, _). El retroanlisis puede introducir errores al simplificar laforma de rotura al no conocer bien su forma. En la zona andaluza existen dosgrandes tipos de materiales problemticos:

    1*) Los del grupo de las "margas azules" del Guadalquivir (que ni son margasni siempre son azules), o similares (arcillas de los Cerros de beda, Jan,arcillas con carbonatos de la formacin Mitagaln y de la zona delGuadalfeo, Granada, etc.), fisuradas y anisotrpicas, con diferente resis-tencia en su masa y en fisuras.

    2*) Los del grupo de las "filitas", "argilitas", "launas", "esquistos muy altera-dos" y similares, que aparecen en los Montes de Mlaga, en las Alpujarrasy en zonas del Norte de Huelva. Estos materiales tienen comportamientode suelo, aunque pueden incluir el "recuerdo" de la esquistosidad delmaterial originario.

    El comportamiento de estos materiales, puede estar regido por la resistenciaresidual de las fisuras que incluyen, sobre todo en el caso 1* y en roturas super-ficiales, que afectan a materiales ms alterados. Los parmetros geotcnicospara roturas superficiales podran ser: Cohesin residual: Cr = 0-2 T/m2,Rozamiento residual: jr = 12-16 . Pero si la rotura se produce por zonas pocosuperficiales, el conjunto masa-fisuras desempea otro papel y los parmetrosresistentes pueden ser mayores. En retroanlisis realizados en terraplenes amedia ladera, con superficies de deslizamiento a unos 10 m de profundidad, losparmetros resistentes son ms elevados. En la Fig. 5 se muestra un caso jie-nense analizado con el Cdigo PLAXIS en que se ha deducido que la Cohesinefectiva era de: C 2,0 2,5 T/m2 y el Rozamiento efectivo: j = 21-23 .

    Estas arcillas azules presentan, como ya es sabido, el problema de la fragilidad(Fig. 6): lo que justifica que queden regidas por la resistencia al corte residual.El ndice de fragilidad (relacin entre la resistencia al corte en gran deformaciny en el primer ciclo de carga) puede ser del orden de 0,4 o inferior (Fig. 7). Enlas zonas ms profundas los ciclos de humedad-sequedad no tienen tantainfluencia, y, por eso, la resistencia al corte puede ser intermedia entre la resi-dual y la de bloques sanos sin fisuras (que, en ensayos triaxiales, nos han dadocohesiones del orden de 10-12 T/m2 y rozamientos de 28-30). Pero hay otrofenmeno que venimos observando en los ltimos aos. La alteracin quesupone el flujo de agua, la presencia de fisuras, etc., hace que la zona de debi-lidad (en la que se haba desarrollado la superficie inicial de rotura) se vaya pro-fundizando, progresando la alteracin en profundidad y dando lugar a una zona

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    Fig. 5.- Solucin adoptada en la carretera Jan-Granada.

    FIG. 6.- "Fragilidad" de las arcillas azules del Guadalquivir, con la deformabilidad.

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    Fig. 7.- ndice de fragilidad deducido de ensayos de corte directo. (oteo y sola, 1993).

    de menor resistencia por debajo de esa superficie de rotura inicial. Se produceun fenmeno de "degenerabilidad" que da lugar a que la masa, antes inesta-ble, aumente su volumen, con movimiento de deformacin tangencial en lazona "degenerada", con lo cul esa zona llega a funcionar con una resistenciaal corte similar a la residual y no a la de arcillas (por debajo del deslizamiento)en el momento de la rotura (Fig. 8). Esta degenerabilidad permite que el aguacircule mejor por esa zona, en la que el movimiento aumenta las fisuras y segeneran excesos de presin intersticiales antes inexistentes hasta alcanzar unacierta presin total, lo que explica que, varios aos despus de la inestabilidadinicial, la zona de movimiento sea ms profunda y el terreno se comporte comosi la resistencia de la masa hubiera claramente disminuido.

    En el caso 2* ( filitas alteradas, argilitas, etc), los parmetros resistentes deconjunto estn ms cerca de los valores residuales de las juntas que de losde la masa rocosa. Por ejemplo, en las filitas micceas del embalse deBeninar (Granada) se utilizaron los siguientes (Salinas y otros, 1993): a)Matriz

  • rocosa: C = 10 T/m2, j = 25-27 , b) Planos de rotura: C = 1,5 T/m2, j = 16. Como indica Ana Oteo (2002), en pizarras muy alteradas (Grados V a VI) lacohesin aparente puede variar de 0 a 2 T/m2, con un rozamiento interno delorden de 18-23 , lo que les llevara a un comportamiento bastante similar alas margas azules. En pizarras sanas y silceas estos valores pueden subirhasta 10 T/m2 y 30 . A partir de estos datos y de los que dimos sobre la resis-tencia de estos materiales (Gonzlez de Vallejo y Oteo, 1982), se ha elabora-do la Fig. 9, en la que se incluyen los ordenes de magnitud de C y j en estasformaciones esquistosas.

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    Fig. 8.- Evolucin de la resistencia al corte de una arcilla margosa fisurada por degenerabilidad.

  • 6.- SOBRE LAS TCNICAS A EMPLEAR.

    Las medidas adoptar para corregir una inestabilidad dependen de su magnitud,de sus consecuencias, de la climatologa, etc. Generalmente las inestabilidadesdependen de la influencia del agua, en primer lugar, aunque, muchas veces, losdesmontes se ejecutan con taludes excesivos por sobrevalorar la resistencia alcorte del terreno. Ello puede llevar a inestabilidades a corto plazo, sin agua, o adejar el talud en unas condiciones muy estrictas, con lo que ligeras lluvias pue-den inducir la rotura. Si el material es margoso o esquistoso, el agua penetracon facilidad por las discontinuidades y fisuras e induce una presin intersticialimportante en la parte superior del talud. Ello es tpico en Andaluca, en que,tras aos de sequa, vienen fuertes lluvias.

    Las medidas a adoptar pueden agruparse en grandes tipos: a) Modificacin dela geometra del talud, variando la posicin del centro de gravedad del talud,(cambio de inclinacin del talud, descabezamiento, etc). b) Drenaje, disminu-yendo presiones intersticiales. e) Refuerzo del terreno, mediante inclusiones(pilotes, inyecciones). d) Combinacin de los sistemas anteriores:

    Sistemas "flexibles" de aplicacin no compleja, sumables a cualquier otra

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    Fig. 9.- Parmetros de mohr-coulomb para la resistencia al corte en pizarras alteradas

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    Fig. 10.- Uso de micropilotes como pasadores para reforzar el terreno en deslizamientos (oteo, 2001)

    solucin de mayor envergadura, en los que el movimiento posterior deltalud no afecta en exceso: Escollerados, muros de pie, zanjas drenantes,cunetas de guarda, etc.

    Sistemas "semirgidos", que no se acomodan bien a los movimientos amedio plazo del talud, suponen cierta "rigidez" y difcil compatibilidadcon otras soluciones: Muros de hormign armado, pilotes (de 125 a850 mm, Fig. 10), grandes movimientos de tierra, etc.

    Sistemas "rgidos", que incluyen soluciones de coste importante, de dif-cil modificacin si fallan y que se acomodan bien slo a un cierto gradode movimiento posterior de los taludes (hasta entrar en carga): Barrerasde pilotes de gran dimetro ( 1,25 m), con o sin anclajes, barreras depozos ( 2,0 m, con intercomunicaciones horizontales), galeras drenan-tes etc.

    Lo ideal sera empezar con medidas "flexibles" y controlar comportamiento deltalud para ver su xito, para ir "rigidizando" las medidas con el tiempo. En lasfiguras n 11 y 12 se han reproducido las recomendaciones que publicamos en2001, que resumen nuestra experiencia personal y la de otros autores sobre lasactuaciones de estabilizacin en taludes de desmonte y terraplenes a medialadera, respectivamente.

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    Fig. 12.- Medidas de correccin en terraplenes sobre ladera (oteo, 2001).

    Fig. 11.- Medidas de correccin en taludes de desmonte (oteo, 2001)

  • 7.- CONCLUSIONES

    Es necesario prestar atencin a dos grandes subgrupos de materiales anda-luces: a) Las arcillas o "margas" azules del Guadalquivir y arcillas miocenas,fisuradas, de comportamiento similar. b) Los esquistos y filitas muy alterados,cuyo comportamiento es ms similar al de un suelo que al de una roca. Ha detenerse en cuenta su "fragilidad" y "degenerabilidad".

    Se ha elaborado un Declogo metodolgico para su aplicacin al estudiode inestabilidades. Hay que tener en cuenta la "flexibilidad" de las solu-ciones, as como la dimensin del problema al definir las actuacionescorrectoras.

    8.- REFERENCIAS

    GONZLEZ DE VALLEJO, L. y OTEO, C. "Alterabilidad de pizarras y su incidencia geotc-nica en explotaciones mineras a cielo abierto" VII Simposio Nacional sobre Obras en super-ficie en Mecnica de Rocas" S.E.M.R. Vol I. 1982.

    OTEO, A. "Problemtica de estabilidad de taludes en macizos pizarrosos: Aplicaciones enla carretera CN-631 en el tramo Toreno-Villablino (Len)" Tesis de Master en IngenieraGeolgica. U.C.M. 2002.

    OTEO, C. "Reflexiones de un "arreglaor" de taludes andaluces". V Simposio Nacional deTaludes y Laderas Inestables, Madrid, Vol II, pp. 783-94. 2001

    SALINAS, J.L.; MARTNEZ, J.M. y SANTOS, A. "Estudio de estabilidad de laderas en unvaso de embalse establecido en pizarras y calizas con recubrimientos coluviales". Simposiosobre Geotecnia de Presas de Materiales sueltos. SEMS, Zaragoza, pp. 243-33. 1993

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