Tema 3.3.3 Medidas de Prevención y Mitigación e...

Ingeniería Geotécnica Aplicada

MAESTRÍA EN GESTIÓN INTEGRAL DEL RIESGO DE DESASTRES

Módulo II

Dinámica Espacio-Temporal de Amenazas Naturales y Antropogénicas.

Tema 3.3.3 Medidas de Prevención y Mitigación

e

Instrumentación de Laderas

Leobardo Domínguez M.

Diciembre 16, 2017


CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 1

1.1 ALCANCES Y OBJETIVOS ..................................................................................................................... 2

2. CONCEPTOS GENERALES DE ESTABILIDAD........................................................... 1

2.1 DEFINICIÓN DE LADERA Y TALUD ..................................................................................................... 1 2.2 FACTOR DE SEGURIDAD...................................................................................................................... 1 2.3 FACTORES INTERNOS QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE UNA LADERA O TALUD

SEGÚN TERZAGHI (1950) ................................................................................................................... 4 2.4 FACTORES EXTERNOS QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE UNA LADERA O TALUD

SEGÚN TERZAGHI (1950) ................................................................................................................... 7 2.5 CAUSAS HUMANAS O ANTRÓPICAS ................................................................................................ 10

3. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS PARA ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LADERAS O TALUDES ...................................................................................................11

4. PRUEBAS GEOTÉCNICAS PARA DETERMINAR LA COHESIÓN Y EL ANGULO DE FRICCIÓN EN DEPÓSITOS DE SUELOS..................................................................15

4.1 PRUEBAS DE LABORATORIO ............................................................................................................. 16 4.2.1 Prueba de compresión axial en cámaras triaxiales ............................................. 16

4.2 PRUEBAS DE CAMPO PARA ESTIMAR C Y .................................................................................... 19 4.2.1 Prueba de penetración estándar, SPT ............................................................. 19 4.2.2 Prueba de Penetración con Cono Eléctrico, CPT ............................................... 21

5. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ..............................................................24

6. METODOS DE ESTABILIZACIÓN DE LADERAS .......................................................29

6.1 INCREMENTO DE LA RESISTENCIA DEL SUELO A TRAVÉS DE LA REDUCCIÓN DE PRESIÓN DE PORO ............................................................................................................................. 29 6.1.1 Drenaje superficial ................................................................................................................ 30 6.1.2 Drenaje interno ..................................................................................................................... 33

6.2 REDUCCIÓN DE LAS CARGAS QUE CAUSAN LA FALLA. .............................................................. 41 6.2.1 Remoción de cargas en la parte superior de la ladera. ................................................. 41 6.2.2 Tendido de taludes. .............................................................................................................. 42 6.2.3 Eliminación de fugas en sistemas de drenaje y abastecimiento de agua. ................. 43

6.3 AUMENTO DE LAS FUERZAS RESISTENTES POR BERMAS Y CONTRAFUERTES. .................... 44 6.3.1 Bermas en la parte inferior de la ladera y mas allá del pie. ......................................... 44 6.3.2 Contrafuertes cimentados en terreno firme. ................................................................... 47

6.4 AUMENTO DE LAS FUERZAS RESISTENTES POR MÉTODOS ESTRUCTURALES. ..................... 48 6.4.1 Muros de retención. .............................................................................................................. 48 6.4.2 Anclajes en tierra y roca. .................................................................................................... 55 6.4.3 Pilotes. .................................................................................................................................... 60

6.5 MÉTODOS PREVENTIVOS Y DE PROTECCIÓN. .............................................................................. 63 6.6 FACTOR DE SEGURIDAD ANTES Y DESPUÉS. ............................................................................... 74

7. RECOMENDACIONES DE CONSTRUCCIÓN, MANTENIMIENTO Y MONITOREO DE LAS OBRAS DE ESTABILIZACIÓN ..........................................................................78

7.1 DURANTE LA CONSTRUCCIÓN ......................................................................................................... 78 7.2 MANTENIMIENTO DE LAS OBRAS DE ESTABILIZACIÓN ............................................................. 81


ii

7.3 INSTALACIÓN Y SUMINISTRO DE SISTEMAS DE MONITOREO .................................................. 82

8. EXPERIENCIAS DE ESTABILIZACIÓN DE LADERAS EN MÉXICO. .........................92

8.1 ANTECEDENTES ................................................................................................................................... 92 8.2 DESLIZAMIENTO Y FLUJO DE SUELOS Y ROCAS EN LA COLONIA LA AURORA ...................... 95 8.3 ESTABILIZACIÓN DE LADERAS EN LA AUTOPISTA TIJUANA-ENSENADA. ............................ 104

SIMBOLOGIA ....................................................................................................................................... 105

CONCLUSIONES. .......................................................................................................... 115

REFERENCIAS .............................................................................................................. 118


1

1. INTRODUCCIÓN

Alrededor del mundo los deslizamientos de laderas cobran cientos de vidas cada año, y en américa latina son causa frecuente de daños durante lluvias o sismos intensos. Si bien los eventos naturales son inevitables, su

impacto se convierte en desastre sólo cuando no estamos preparados para enfrentarlos o reducirlos. El efecto de un evento natural se convierte en un

desastre cuando se desconocen los efectos negativos que pueda causar en la zona afectada, demandando la asistencia y la intervención externa inmediatas. Con frecuencia la población está expuesta a la ocurrencia de movimientos

repentinos pendiente abajo de masas de suelo o rocas; genéricamente nos referimos a estos eventos como deslizamientos, o inestabilidad de laderas o

taludes.

El impacto de los deslizamientos de laderas puede ser muy variado:

desde la interrupción de caminos y líneas de transmisión, hasta la pérdida de vidas humanas y la generación de daños materiales cuantiosos. En la

actualidad, prácticamente todos los países y ciudades importantes del mundo tienen desarrollos urbanos y zonas rurales, así como infraestructura y bienes económicos, expuestos a fenómenos de inestabilidad de laderas; por lo que en

muchos de esos casos es necesario construir obras de estabilización o de protección que permitan detenerlos o proteger a la población y a la

infraestructura de estos fenómenos.

La estabilización de laderas o de taludes es una práctica muy frecuente en la construcción de caminos, carreteras, líneas de transmisión, túneles, puentes y desarrollos habitacionales, y en muchos de estos casos son aspectos que

determinan la viabilidad de proyectos e inversiones. Por lo tanto, son temas que requieren especial atención y la participación de especialistas y expertos

en temas de geología, geotecnia, geomorfología, geofísica topografía y otras disciplinas de ciencias de la tierra.

Con el desarrollo de la tecnología, el diseño de obras y el análisis de la estabilidad de laderas y taludes se han facilitado y es una práctica generalizada

en empresas y gobiernos; sin embargo, la selección del método o métodos de estabilización o de reforzamiento de laderas o taludes, requieren la participación de especialistas que conozcan a profundidad “la física del

problema” y la comprensión de las causas y de las variables que intervienen en los procesos de inestabilidad. Es por ello, que se ha desarrollado esta guía, la

cual pretende ser una herramienta práctica que proporcione a los lectores un conocimiento global del fenómeno y que les permita identificar las causas o factores que detonan los deslizamientos, a fin de eliminarlos o disminuirlos.


2

1.1 ALCANCES Y OBJETIVOS

El objetivo principal de este documento consiste en presentar una

descripción general de los métodos de estabilización más utilizados, tomando en cuenta las características propias del sitio, los métodos de construcción

actuales y el mantenimiento, estos aspectos se describen en el capítulo 6. Antes, se ha considerado conveniente discutir en los capítulos 2 a 4 los conceptos básicos del factor de seguridad, la determinación de los parámetros

geotécnicos para análisis de estabilidad, la ley de resistencia al esfuerzo cortante de los suelos y los métodos analíticos que más uso tienen en los

análisis de estabilidad de laderas o taludes. En el capítulo 7 se discuten los trabajos de mantenimiento que requieren

las obras de estabilización para su correcto funcionamiento durante su vida útil, y algunos consejos prácticos que se deben tomar en cuenta durante la

ejecución de los trabajos; y en el capítulo 8 se presentan dos casos documentados de deslizamientos ocurridos en México, donde se presentan y se discuten los métodos que se emplearon para su estabilización. En ambos casos

se tienen enfoques distintos del problema y de los daños que ocasionaron tanto en obras de infraestructura como a la población.

Al final del documento se presentan las conclusiones derivadas de los

métodos de estabilización descritos y de los casos estudiados en el capítulo 8.


1

2. CONCEPTOS GENERALES DE ESTABILIDAD

2.1 Definición de ladera y talud

Una ladera es una frontera inclinada o transición entre dos elevaciones diferentes de una masa térrea natural. La noción de ladera, suele utilizarse

para nombrar al declive o superficie inclinada de una montaña, de un monte o de una altura en general. En ocasiones este término también se usa para

indicar la superficie inclinada de una hondonada, una barranca o un graven. Puede decirse, en este sentido, que la ladera es uno de los lados de una montaña o de un cerro y, casi siempre, ocupamos este término para referimos

a la superficie natural del terreno aunque en algunas de sus partes tenga modificaciones o alteraciones producidas por actividades humanas. Por

ejemplo, en las laderas de cerros y montañas es factible que existan cortes para caminos y/o carreteras, por lo tanto, la superficie inclinada que resulta de ese corte será un talud (según se explica en el siguiente párrafo) y, en

general, el flanco del cerro o de la montaña seguirá siendo una ladera.

El término talud también se refiere a la inclinación de un terreno, aunque en ingeniería se utiliza para designar a aquellos terrenos que han sido modificados por actividades humanas, como cortes y excavaciones, y a la

superficie inclinada de obras primarias o secundarias en vías terrestres o hidráulica, por ejemplo: terraplenes en carreteras, accesos para puentes,

cortinas para presas, bordos de tierra, y canales, por citar algunos casos.

2.2 Factor de Seguridad

Las laderas naturales, la construcción de cortes y terraplenes para carreteras, las excavaciones para cimentaciones y canales, así como la

construcción de presas y bordos ocupan un sitio importante en la ingeniería civil. Un aspecto relevante en la determinación de su comportamiento es el

análisis de la estabilidad de la superficie inclinada de la ladera o del talud.

En una ladera existen fuerzas actuantes las cuales inducen esfuerzos

cortantes que tienden a causar el movimiento pendiente abajo de una porción de los materiales que componen la ladera o talud, por lo que el peso propio es

una de las principales. La inestabilidad de una ladera ocurre cuando una porción de masa térrea limitada por la superficie del terreno y la superficie de rotura (Fig. 2.1), desliza hacia abajo respecto a la masa restante de la ladera,

esto sucede cuando los esfuerzos actuantes que provocan la falla superan la resistencia al esfuerzo cortante en dicha masa, también conocida como

fuerza resistente; o bien cuando los esfuerzos resistentes disminuyen por


2

efecto del humedecimiento o saturación del suelo, o bien por efecto del

intemperísmo o por la degradación natural o artificial de los suelos o rocas.

Fig. 2.1 Esquema del proceso de inestabilidad en una ladera o talud. Se muestra esquemáticamente la superficie de falla o de rotura en la que actúan las fuerzas

actuantes y las que proporcionan estabilidad

La relación entre las fuerzas resistentes y las fuerzas actuantes determinan lo que en ingeniería se conoce como Factor de Seguridad (FS) y

éste representa el grado de estabilidad de una ladera o talud. Mientras más alto es el FS menos probabilidades existen para que la ladera o talud falle o se

deslice. A menor FS las posibilidades de que se presente la falla o rotura aumentan.

El factor de seguridad, FS, de una ladera usualmente se expresa, desde el

enfoque clásico de un análisis de estabilidad global, como el cociente mínimo

entre la resistencia media al esfuerzo cortante (f), y el esfuerzo cortante

medio () que actúa en la potencial superficie de falla:


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La resistencia media al esfuerzo cortante (f) o fuerza resistente es la que

proporciona estabilidad a los suelos o rocas y por consiguiente a las laderas y taludes. Se debe principalmente a las características propias o intrínsecas de

los suelos y rocas y está relacionada con el origen y naturaleza de las mismas, así como de la forma en la que el agua y/o la humedad actúan para modificar dicha resistencia.

El esfuerzo cortante actuante () o fuerza actuante, que actúa y tiende a

producir la inestabilidad o falla de una ladera o talud, se debe principalmente el peso del material que compone la ladera y las sobrecargas que se colocan sobre ésta. Incluye el peso de las partículas sólidas que componen el suelo o

roca y el peso del agua (o cualquier otro líquido) contenida en los huecos o poros de dichos materiales.

Si consideramos la existencia de una ladera, deberemos asumir que f > y por lo tanto el cociente FS es mayor que la unidad.

Ladera Estable

(f > ) FS > 1

La condición de falla inminente en una ladera se presenta cuando se

cumple f = y por tanto FS = 1. Por lo tanto, para que ello ocurra, a partir de una ladera estable donde el FS > 1, el esfuerzo cortante medio actuante o fuerza actuante debe aumentar y/o la resistencia media al esfuerzo cortante

del suelo o fuerza resistente debe disminuir.

Falla

f y/o

(f <= )

FS <= 1

En general, el aumento de las fuerzas actuantes y/o la reducción de las

resistentes en un proceso de inestabilidad, pueden deberse a factores ambientales o naturales y/o a modificaciones realizadas por el ser humano.


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Uno de los primeros investigadores en estudiar técnica y científicamente

el fenómeno de inestabilidad de laderas y taludes, fue el Dr. Karl Von Terzaghi, quien, en su magistral artículo “Mecanismo de los Deslizamientos” (1950),

describe de la manera más clara y sencilla los factores que influyen en la inestabilidad de una ladera o talud, y los denomina como factores externos y factores internos.

Entre los primeros, que inciden directamente en el valor de se pueden

considerar las posibles cargas externas aplicadas por la construcción de edificios y obras sobre el cuerpo o la corona de una ladera o talud, la modificación de la pendiente o de la altura de la ladera, la circulación de

vehículos, la actividad sísmica, etc.

Entre los segundos se pueden englobar los mecanismos que provocan una

reducción de la resistencia cortante, f; tales como el intemperismo, y la erosión, que genera disgregación y descomposición de materiales. Sin

embargo, el mecanismo más simple y rápido para modificar la resistencia es la generación de la presión de poro (presión en el agua que ocupa los intersticios

del suelo o las grietas de formaciones rocosas); ello ocurre cuando el agua se

acumula en el material que compone la ladera.

2.3 Factores internos que influyen en la estabilidad de una ladera o talud según Terzaghi (1950)

Los factores internos están directamente relacionados con el origen y las propiedades de los suelos que componen a una ladera, así como por su distribución espacial y, de manera muy peculiar, por la presciencia de agua,

que ejerce presión dentro de la masa de suelo provocando la disminución de su resistencia al esfuerzo cortante. El agua, ya sea por lluvias o cualquier otra

fuente, es la principal causa interna que provoca una disminución de la resistencia de los suelos en la potencial superficie de falla.

Propiedades de los suelos y rocas: Las características de resistencia al esfuerzo cortante de los suelos y de las rocas que forman las laderas son variables que

dependen principalmente de las condiciones geológicas y climáticas de una región, y varían en el espacio y en el tiempo. En la literatura existen varios

casos documentados sobre deslizamientos que han sido favorecidos por las condiciones estratigráficas y geológicas de los materiales que constituyen las laderas. Los planos de estratificación, las discontinuidades o las zonas de

contacto de estructuras geológicas se convierten con frecuencia en potenciales superficies de falla de una ladera; principalmente cuando los planos de

estratificación y las zonas de contacto adquieren pendientes inclinadas o paralelas a la superficie de los taludes o laderas naturales.


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Las debilidades inherentes en las rocas y en los suelos frecuentemente se

combinan con uno o más eventos desestabilizadores (factores externos). La lluvia, por ejemplo, produce un aumento en la saturación del terreno y como

consecuencia un aumento en el peso del suelo; y de manera mas trascendente, en el aumento del nivel de agua, lo que se traduce en presión de poro.

Los agentes de intemperización, que gradualmente reducen la resistencia

al esfuerzo cortante de los suelos y de las rocas, constituyen otro factor que se debe tomar en cuenta durante la evaluación de la estabilidad de una ladera. La

formación de láminas o lentes de hielo dentro de la masa de suelo pueden generar empujes horizontales y un aumento de presión de poro durante el deshielo. Así mismo, la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos se puede

ver reducida por la formación de grietas y fisuras que facilitan el ingreso del agua. Otras fuentes de ingreso de agua hacia las laderas las constituyen las

fugas en los sistemas de drenaje y de distribución de agua potable de zonas urbanas que se desarrollan en áreas aledañas a las laderas.

La topografía del territorio Mexicano es abrupta en su mayor parte, debido a que existen amplias zonas con materiales que se deben a explosiones

volcánicas ocurridas en tiempos geológicos relativamente recientes, donde los materiales expulsados se han depositado en un estado muy suelto con pendientes o echados paralelos a los taludes existentes, lo cual hace a nuestro

país una zona de laderas potencialmente inestables. Otros casos de inestabilidad de laderas, asociados a planos de estratificación o contactos

geológicos proclives a los deslizamientos, se presentan en depósitos de origen sedimentario que han sido plegados por esfuerzos tectónicos de la corteza terrestre. Ello ha dado como resultado la formación de montañas y cerros

constituidos por materiales estratificados, cuyos planos de estratificación deformados son proclives a los deslizamientos, volviéndose la mayoría de las

veces en francas superficies de falla. Mecanismos de falla por aumento de la presión del agua: En cada ladera ocurren

fluctuaciones en los niveles del agua del terreno, de acuerdo con las variaciones estaciónales y cambios climáticos a los que año con año está

expuesta. Así, en la temporada de sequía el suelo se mantiene parcialmente saturado, generando incluso tensión o presión negativa en el agua (succión), lo que define temporalmente una resistencia cortante relativamente alta del

material. Al ocurrir precipitaciones intensas y prolongadas esa succión se pierde, incluso se genera una presión positiva en el agua (también conocida

como presión de poro).

En la Figura 2.2a se esquematiza el aumento del tirante de agua dentro

del suelo de la ladera (niveles 0, 1, 2 y 3), que es lo que sucedería internamente ante lluvias intensas. El aumento de presión de poro (u) en la

superficie potencial de falla va en detrimento de la resistencia del suelo, atendiendo al principio de esfuerzos efectivos; en efecto cuando la presión de


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poro aumenta (por elevación del NAF, Fig. 2.2a), el nivel de esfuerzos efectivos

() disminuye, y consecuentemente también se reduce la resistencia efectiva del suelo, dada su naturaleza friccionante; en la Figura 2.2b aparece la

trayectoria de esfuerzos efectivos al aumentar la presión de poro, hasta tocar la envolvente de resistencia.

Fig. 2.2 Efectos de la presión del agua sobre la resistencia al esfuerzo cortante de los

suelos, atendiendo al nivel que alcanza el agua dentro de la ladera

Lo antes expuesto resulta el único mecanismo en zonas no pobladas. Sin embargo, en centros urbanos o rurales, desarrollados en los alrededores de

una ladera, a las lluvias debe agregarse la muy frecuente ocurrencia de fugas de agua en los servicios de alcantarillado y suministro de agua potable. Los volúmenes de agua generan a fin de cuentas presiones de poro en los

intersticios de los suelos de la ladera, equivalentes a las que induce el agua de lluvia; y por lo tanto, disminuyen la resistencia al esfuerzo cortante de los

suelos en forma similar. Arrastre de sedimentos: Cabe mencionar también que el arrastre de partículas

finas dentro de una masa de suelo es un factor que influye en la estabilidad de una ladera. Este fenómeno se presenta cuando en la masa de suelo se infiltra

el agua, saturando dicha masa de suelo, y por diferencia de carga hidráulica el agua se moverá a través de la masa de suelo. Si el gradiente hidráulico con el


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cual se mueve el agua es mayor al gradiente crítico, se presenta el arrastre de

partículas finas produciéndose oquedades o tubificaciones que producirán la reducción de la resistencia al esfuerzo cortante. Una forma de identificar este

problema es mediante la observación en campo a través de la aparición de grietas en la zona de la corona o en el cuerpo de la ladera.

2.4 Factores externos que influyen en la estabilidad de una ladera o talud según Terzaghi (1950)

Las causas externas o factores externos que propician la inestabilidad de laderas, son aquellos sistemas ajenos a la ladera que perturban su estabilidad;

usualmente producen un incremento de los esfuerzos cortantes actuantes, aunque de manera indirecta pueden producir un cambio en la resistencia al esfuerzo cortante del material que compone el talud. Los factores externos

pueden ser originados ya sea por fenómenos naturales, tales como las lluvias intensas y prolongadas, los sismos fuertes y la actividad volcánica; o bien por

actividades humanas.

Lluvias intensas: Un factor externo perturbador como es la lluvia actúa

principalmente sobre una ladera, reduciendo, como ya se ha señalado, la resistencia al esfuerzo cortante del material que la constituye por la

generación de presión de poro. Adicionalmente afectan la estabilidad cuando se generan flujos bajo gradientes hidráulicos mayores al

gradiente critico por lo que la resistencia al esfuerzo cortante disminuye,

también ocurren corrientes extraordinarias por el pie, que propician su socavación, deslaves y cambios en la geometría de la ladera, así como

aumento en los peso volumétricos de los materiales.

Sismos: Los sismos ocupan un lugar muy importante dentro de las causas naturales o factores externos que generan la inestabilidad de laderas. En

una estadística mundial acerca de los 25 deslizamientos más catastróficos ocurridos en el mundo en el siglo XX (Schuster, 1996), se

concluyó que el 36 por ciento de los deslizamientos fue generado por acciones sísmicas, solo el 4 % por debajo de las lluvias que son la

principal causa que propicia los deslizamientos. En México, de acuerdo con un recuento histórico sobre deslizamientos de laderas de 1900 a

1999, se determinó que uno de nueve deslizamientos es provocado por sismo (CENAPRED, 2001), esta información muestra la importancia de

considerar las fuerzas se desarrollan durante la ocurrencia de un sismo y sus efectos en la inestabilidad de laderas.

Cuando ocurre un evento sísmico se generan fuerzas inerciales dentro de

la ladera, las cuales son difíciles de cuantificar; especialmente cuando se han modificado las condiciones naturales del entorno como el aumento de cargas


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externas y/o la modificación de su geometría por la ejecución de obras, cortes

y terrazas. Sin embargo, el aspecto más importante que se presenta durante un sismo es el aumento de los esfuerzos cortantes actuantes en la superficie

potencial de deslizamiento. Una forma simple de visualizar este efecto es a través del esquema que se muestra en la Figura 2.3, donde se presentan las fuerzas que actúan a favor del deslizamiento y las fuerzas resistentes del

subsuelo que se oponen al mismo.

Fig. 2.3 Esquema de factores de inestabilidad (Mendoza y Domínguez, 2006)

De forma simple se puede decir que el efecto de las acciones sísmicas da como resultado una fuerza horizontal a favor del deslizamiento, que equivale a

una fracción del peso de la masa potencialmente deslizante, delimitada por la superficie de falla; y que se calcula como el producto de un coeficiente sísmico multiplicado por el peso de la masa potencialmente inestable. Así, para que

ocurra un deslizamiento durante un sismo, es suficiente que las fuerzas actuantes en la potencial superficie de falla se igualen.


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Actividad volcánica: Ante eventos volcánicos debe preverse la posibilidad de que ocurran flujos o avalanchas de detritos; consistentes en

movimientos masivos rápidos de mezclas de suelos y fragmentos de rocas, así como vegetación con aire y agua entrampados. Estos flujos o

avalanchas forman una masa viscosa o francamente que se desliza que fluye pendiente abajo, y que resulta muy destructiva. También es

posible que en los flancos de los volcanes se desarrolle un lahar por el deshielo repentino que puede provocar la actividad volcánica, o bien,

por rotura o desbordamiento de represas de agua. Durante la ocurrencia de sismos o durante la actividad de un volcán se

generan vibraciones que pueden generar la compactación y reducción de

volumen de depósitos de suelos granulares en estado suelto y saturado. Si el drenaje libre del agua intersticial está impedido por las características de

permeabilidad propias del suelo y de estas adyacentes. Si la presión de poro los esfuerzos efectivos del depósito de suelo se reducen en la misma proporción; esta situación provoca una reducción en la resistencia al esfuerzo

cortante del material, que puede alcanzar un estado en el que el esfuerzo efectivo sea nulo y consecuentemente también su resistencia al esfuerzo

cortante. A este fenómeno se le conoce como licuación de suelos. Este es un problema que se presenta principalmente en suelos mal

graduados con granos de tamaños medio y fino, en condiciones saturadas. Entre los factores que afectan las características de licuación de los suelos se

pueden mencionar las siguientes:

Granulometría: las arenas cuanto mas finas y uniformes, resultan

más susceptibles a la licuación. Estratigrafía del depósito: cuanto menos estratificado, mayor

ocurrencia de licuación. Compacidad relativa: a mayor Dr, menor susceptibilidad a la

licuación, y viceversa.

Historia previa de deformaciones: sismos previos que no produjeron licuación pueden aumentar la resistencia del depósito o

hacerlo más suelto. Permeabilidad: a mayor permeabilidad menor susceptibilidad a la

licuación de un deposito.

Características del sismo: para una misma magnitud sísmica, la susceptibilidad de licuación de un depósito disminuye con la

distancia epicentral. Para un cierto sismo (distancia epicentral fija), la susceptibilidad de licuación aumenta con la magnitud, así como

con el tiempo de duración de la fase fuerte del movimiento. Estructura: cuando es mas estable por su granulometría,

compacidad y forma de granos, existe menor susceptibilidad.


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Grado de saturación: la susceptibilidad de licuación de un suelo

granular decrece con el grado de saturación. Aunque existen casos de licuación espontánea en suelos granulares secos, como lo

reconoce Terzaghi; (1950).

El fenómeno de la licuación puede influir en el deslizamiento de una

ladera, particularmente cuando el material que compone alguna parte del cuerpo de la ladera cumple con los factores antes mencionados, en especial la

zona del pie de la ladera.

2.5 Causas humanas o antrópicas

Existen actividades humanas que agudizan de manera directa la ocurrencia de deslizamientos. Debe de reconocerse que bajo condiciones de altura, pendiente y geomateriales similares, un área urbana es mas susceptible

a los deslizamientos que un área rural. De forma general, tres son los cambios que la actividad humana propicia en una ladera para que esta sea notable,

estos se describen en la Tabla 2.2.

Es importante mencionar que los cambios realizados por la actividad

humana tendrán en ocasiones perjuicios en la estabilidad de la ladera como se describe en la Tabla 2.2, pero en algunos casos traerá beneficios como la

construcción de terrazas sobre el cuerpo de la ladera para los asentamientos humanos y vías de comunicación, la construcción de muros de retensión y

drenaje superficial e interno de forma correcta que dará mayor estabilidad a la ladera.

Tabla 2.2 Tipos de actividades.

Causa Actividad Humana

Cambios en el régimen de la presión del agua del subsuelo

Concentración de infiltraciones por la rotura de drenajes o de

los sistemas de abastecimiento de agua

Cambio en el régimen de las aguas superficiales

Cambio o impedimento de cauces en cañadas

Construcción de vasos o tanques de almacenamiento

Infiltraciones por fosas sépticas

Impermeabilización para la urbanización, lo que reduce la evaporación e infiltración, y aumenta la escorrentía.

Cambio en la topografía de la ladera y la imposición de

sobrecargas

Aumento del ángulo del talud por la ejecución de cortes

Sobre cargas por la construcción de muros de retención, rellenos, casas y edificios

Vibraciones provocadas por maquinaria

Uso de explosivos para la explotación de carreteras, minas y bancos de material.

Deforestación

Tala inmoderada de los bosques

Agricultura, pastoreo e incendios

Modificaciones del uso de suelo


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3. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS PARA ANÁLISIS DE

ESTABILIDAD DE LADERAS O TALUDES

Como se mencionó en el capítulo anterior, la estabilidad de una ladera

depende, entre otros factores, de la resistencia media al esfuerzo cortante (f) de los suelos y/o de las rocas que la constituyen y que se desarrolla o moviliza a lo largo de la potencial superficie de falla, según se muestra en los esquemas

de la Figura 3.4. De acuerdo con las leyes de la física y los principios básicos de la resistencia de materiales (Coulomb, 1776 y Mohr, 1928), la Ley de Resistencia al Esfuerzo Cortante, se representa por la ecuación:

f = c + ´ tan donde,

f = es la resistencia media al esfuerzo cortante de los suelos o rocas que se desarrolla a lo largo de la potencial superficie de falla. También se representa con la letra S

c es la cohesión aparente del suelo determinada mediante pruebas de laboratorio.

´ es el esfuerzo efectivo del suelo, que actúa en la potencial

superficie de falla

es el ángulo de fricción interna del suelo determinado mediante

pruebas de laboratorio o correlaciones con pruebas de campo. La ecuación 3.1 representa la envolvente lineal de resistencia de los suelos,

en un diagrama Mohr-Coulomb (Fig. 3.1), y es la envolvente lineal de los círculos de Mohr que representan la etapa de falla de muestras de suelo

sometidas a pruebas de compresión triaxial en un laboratorio; donde el

esfuerzo de confinamiento (c) está representado por 2 = 3 = c, y la etapa

de falla se produce mediante incrementos de carga vertical 1 = v = c +v

(Fig. 3.2).

Fig. 3.1 Círculos que representan un ensayo triaxial, donde la etapa de falla

se realiza con incrementos de carga vertical

f = c + ´ tan

3 = 2 = c v = c + v

3.1


12

3 = 2 = 1 = c

1ª Etapa: Aplicación de presión confinante

1

3 = 2 3 = 2

1

1 = c + v

2ª Etapa: Etapa de falla. Aplicación de esfuerzo desviador

1

3 = 2 3 = 2

1

u u

1 > 3, 2

Fig. 3.2 Círculos que representan un ensayo triaxial, donde la etapa de falla

se realiza con incrementos de carga vertical

En el esquema anterior, “u” representa la presión que se genera en el agua

contenida en el interior de la masa de suelo y que, de acuerdo con la teoría de Terzaghi (1943), es la presión de poro que influye en la resistencia de los suelos. A mayor presión de poro, menor resistencia al esfuerzo cortante según

la ecuación 3.1 y la Ley de esfuerzos efectivos de Terzaghi, en la cual:

p = ´ + u

donde, p es la presión total a la que se está sometida una partícula de suelo

a una profundidad determinada.

´ es el esfuerzo efectivo del suelo y u es la presión de poro, determinada por la profundidad y la

posición del nivel freático (Fig. 3.3).

z

p = g z + u, u = go h

NAF

h

p = presión vertical a la que está sometida una

partícula de suelo a la profundidad z

g = peso volumétrico de la masa del suelo

u = presión debida al agua contenida en los

poros de la masa del suelo. Depende de la

posición del Nivel Freático (NAF)

go = Peso volumétrico del agua

Fig. 3.3 Estado de esfuerzos en un depósito de suelos (Terzaghi, 1943)

3.2


13

Despejando de la ecuación 3.2 el esfuerzo efectivo se tiene:

´ = p - u

En esta ecuación se puede observar que cuando “u” aumenta, ´

disminuye. Por lo tanto, la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos, (Ec.

3.1), disminuye. Para saber más se recomienda revisar la siguiente liga http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2012/11/historia-de-la-geotecnia-terzaghi-y-

el.html.

W

FRESISTENTES

f = c + tanSuperficie

de falla

FACTUANTES

Peso masa

deslizante

W

f = f1 + f2 + f3

Superficie

de falla

FACTUANTES

Peso masa

deslizante

FRESISTENTES

f1

f2

f3

Material 1

Material 2

Material 3

f1 = c1 + 1 tan1

f2 = c2 + 2 tan2

f3 = c3 + 3 tan3

Fig. 3.3 Fuerzas actuantes y resistentes en a) laderas homogéneas y b)

depósitos estratificados

Los parámetros de resistencia que se utilizan en esta ley de resistencia

también son los que intervienen en las fórmulas de capacidad de carga para el diseño de cimentaciones y en general para cualquier otro tipo de construcción

u obra geotécnica.

3.3

http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2012/11/historia-de-la-geotecnia-terzaghi-y-el.html

http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2012/11/historia-de-la-geotecnia-terzaghi-y-el.html


14

En términos generales se puede decir que la falla de un material térreo ocurre cuando en el plano de falla se moviliza la resistencia al esfuerzo

cortante de los materiales que constituyen la ladera. Antes de la falla general de una ladera se pueden presentar deformaciones, agrietamientos o asentamientos.

Los parámetros de resistencia c y se determinan mediante pruebas de

laboratorio y de campo. En las pruebas de laboratorio se deben reproducir las condiciones que prevalecen en el sitio. La resistencia al esfuerzo cortante constituye la característica fundamental a la que se liga la capacidad de los

suelos para soportar las cargas a las que se ven sometidos. La determinación de estos parámetros se logra mediante pruebas de campo o de laboratorio, las

cuales, deben representar las condiciones naturales de los depósitos de suelos y la saturación de los mismos.


15

4. PRUEBAS GEOTÉCNICAS PARA DETERMINAR LA COHESIÓN Y

EL ANGULO DE FRICCIÓN EN DEPÓSITOS DE SUELOS

En la mayoría de los problemas geotécnicos la magnitud de las fuerzas

actuantes por peso propio y por cargas aplicadas, o sobrepeso, son determinadas con suficiente precisión; por lo tanto, es en la magnitud de las fuerzas resistentes en las que se tienen incertidumbres en su determinación.

Especialmente en la selección adecuada de los métodos de laboratorio y/o de campo que reproduzcan adecuadamente las condiciones de carga y de

deformación, similares a las que prevalecerán en el sitio. La selección adecuada de los métodos de exploración es importante para tener certeza de que los parámetros de resistencia de los suelos involucrados sean los que

mejor representan las condiciones del sitio para resolver el problema de que se trate.

La investigación geotécnica del subsuelo consiste básicamente en adquirir

un conocimiento claro de la estratigrafía y de las condiciones hidráulicas en el

sitio (Fig. 4.1), enmarcadas en el contexto de la geología local y de experiencias en la región. Los análisis de estabilidad de las obras geotécnicas y

de las cimentaciones, como la mayoría de los problemas de ingeniería, requieren de la determinación de las Fuerzas Actuantes -propicias a la falla- y de las Fuerzas Resistentes -que proporcionan la resistencia contra la falla o el

deslizamiento-.

Fig. 4.1 Esquema que muestra la distribución estratigráfica y la profundidad

de los materiales que componen una ladera


16

En la actualidad existen varias y diversas pruebas tanto de campo como de

laboratorio que se utilizan para determinar las características de resistencia y de deformación de los suelos que se requieren para el diseño y la revisión de la

seguridad de las obras. Los requisitos mínimos de seguridad que deben cumplir las obras generalmente se estipulan en los reglamentos de construcciones de cada estado, provincia o país; aunque en todos los casos se utilizan criterios y

procedimientos mundialmente aceptados.

Los principales métodos que se utilizan para la determinar los parámetros de resistencia indicados en el capítulo 3 se pueden clasificar en:

1. Ensayes de laboratorio, 2. Métodos de campo y

3. Correlaciones empíricas o semi-empíricas

4.1 Pruebas de laboratorio

La exploración geotécnica involucra una descripción detallada y sistemática del suelo en cada estrato (Fig. 4.1), la determinación de sus propiedades

esfuerzo-deformación, y la determinación de la variación piezométrica hasta una profundidad suficiente para el análisis, diseño o revisión de la seguridad de

una obra o de una ladera natural. La profundidad de exploración depende de las características y de la

importancia de cada caso en particular; sin embargo, en la práctica profesional se considera suficiente realizar la exploración hasta una profundidad en la que

la influencia de las cargas sea mínima, o bien, la que permita obtener un clara idea de la distribución y espesor de las capas de suelo o roca que componen la ladera o talud y de sus características de resistencia y de deformación.

Generalmente y dependiendo del tipo de suelo de que se trate los

reglamentos de construcciones proporcionan algunas recomendaciones sobre los métodos o tipos de ensaye a realizar según el problema por resolver.

4.2.1 Prueba de compresión axial en cámaras triaxiales

La determinación de los parámetros de resistencia en el laboratorio

generalmente se realiza mediante pruebas de compresión triaxial y pruebas de compresión simple; aunque en algunos casos también se utilizan las pruebas de corte directo y ensayes dinámicos como las pruebas de columna resonante

o las cíclicas torsionantes.


17

En las pruebas de compresión triaxial (Fig. 4.2), por ejemplo, en una

primera etapa el suelo es sujeto a un estado de esfuerzos tridimensional 1, 2

y 3, similar al que tenía en el sitio de donde fue extraída la muestra, según se explicó en el capítulo 3 de este documento. Posteriormente, se lleva a la falla

mediante incrementos de carga vertical, v, o mediante solicitaciones de cargas cíclicas dinámicas.

Fig. 4.2 a) Esquema de una cámara triaxial y b) fotografía de cámara triaxial

Dependiendo del problema que se desee analizar, las pruebas de

laboratorio deben reproducir las condiciones que se tendrán en sitio. Para ello,

se deberán elaborar el número probetas que sean necesarias y ejecutar tantas

pruebas como se requieran. Para determinar el valor de c el ángulo , se ensayarán hasta tres especímenes de prueba a fin de reproducir los círculos de

Mohr y determinar la envolvente de resistencia, como se muestra en la Figura 4.3. Las pruebas de laboratorio que cotidianamente se utilizan para la

determinación de los parámetros de resistencia se agrupan en 4 tipos principales:

1

3

2

1 = v

2 3

3 = 2 = c


18

a) Pruebas consolidadas drenadas,

b) pruebas consolidadas no-drenadas, c) pruebas no-consolidadas, no-drenadas y

d) pruebas de compresión simple

Fig. 4.3 Envolvente de falla en una prueba triaxial con incrementos de carga

vertical, representado en términos de esfuerzos efectivos, donde 3´ < 1´

Hoy en día existen una gran cantidad de marcas y equipos con instrumentos modernos que permiten realizar las pruebas de manera

automática y llevar registros en tiempo real de las cargas y las deformaciones que se generan en las muestras de suelo (Fig. 4.4).

http://cenapred.mx/es/dirInvestigacion/subDinamicaSuelos/Estructura/Laboratorio/

Fig. 4.4 Cámara triaxial de columna resonante del Laboratorio de Dinámica de

Suelos del Centro Nacional de Prevención de Desastres, México

http://cenapred.mx/es/dirInvestigacion/subDinamicaSuelos/Estructura/Laboratorio/


19

En cada etapa de prueba es muy importante tomar en cuenta el efecto

del agua en el comportamiento de los materiales, ya que del adecuado manejo de ésta depende en gran medida el éxito en el diseño de cualquier obra

geotécnica. La selección de cada prueba debe hacerse en función de las

características propias de los materiales y de sus condiciones de drenaje en estado natural. Así mismo, deben ser representativas de las condiciones

naturales de carga, deformación y saturación natural de los suelos, a fin de que representen realmente las condiciones naturales y el comportamiento que

tendrán las laderas o taludes por lo menos durante la vida útil de las construcciones u obras que se construyan en o cerca de las mismas.

4.2 Pruebas de campo para estimar c y

En la actualidad existen diversas pruebas y técnicas de campo que se utilizan para estimar las propiedades mecánicas en depósitos de suelos y

rocas. En general, todas las pruebas existentes han sido desarrolladas y calibradas con pruebas de laboratorio, por lo que los resultados obtenidos con

dichas pruebas son inferidos a partir de los valores y la forma en que se realizan estas pruebas. En muchos casos las pruebas de campo permiten obtener muestras de suelo alteradas o inalteradas que son llevadas a los

laboratorios para análisis posteriores.

La selección del tipo de prueba a utilizar en el campo depende de varios aspectos:

1. Características del terreno y tipo de análisis a realizar 2. Costos de operación y características del proyecto

3. Condiciones de acceso y facilidad de operación de los equipos 4. Tiempos de traslado, etc.

Algunas de las pruebas más utilizadas en México y Latinoamérica para

determinar las propiedades de los suelos son:

4.2.1 Prueba de penetración estándar, SPT

Esta prueba consiste en hincar un tubo metálico partido en forma de

media caña (Fig. 4.5), de dos pulgadas de diámetro, mediante golpes con un martillo para que penetre 60 cm en el terreno. Se trata de una prueba estándar (ASTM D-1586) en la que el martillo que se utiliza para hincar el tubo

tiene un peso de 140 libras y se deja caer desde una altura de 75 cm, golpeando las barras que están unidas al tubo muestreador, contabilizándose


20

el número de golpes “N” que se requieren para penetrar el tubo 30 centímetros

en la parte media de la longitud del tubo (Fig. 4.6).

Fig. 4.5 Prueba de penetración estándar en suelos

Fig. 4.6 Registro y procesamiento de datos en una prueba SPT

Martillo

Barras

Tubo partido

Muestras de suelo


21

Una vez determinados los valores de N a las profundidades requeridas

se estiman los valores de , mediante correlaciones empíricas, utilizando gráficas o tablas (Fig. 4.7).

Fig. 4.7 Correlaciones empíricas del número de golpes N y el ángulo

4.2.2 Prueba de Penetración con Cono Eléctrico, CPT

La prueba consiste en hincar a presión la punta de un cono metálico en

la masa del suelo a una velocidad controlada entre 10 y 20 mm/s. El hincado del cono se realiza con ayuda de un tren de barras que se fijan a la punta

ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/.cuentasbajadas29092009/lucruz/docs/Curso%20Fundaciones/Exposiciones

%20estudiantes/ENSAYO%20DE%20PENETRACION%20ESTANDAR%20(SPT).pdf

http://noticias.espe.edu.ec/hfbonifaz/files/2012/09/ENSAYO-SPT.pdf


22

cónica, y las barras son empujadas mediante un pistón hidráulico adosado a

una torre y una plataforma que sirve como guía y mesa de trabajo (Fig. 4.8). La punta está instrumentada con un dispositivo electrónico que transmite a un

sistema de registro la resistencia que opone el suelo a la penetración de la punta. Las barras además de servir como extensiones del pistón funcionan como guías a través de las cuales se conduce el cable que transmite la señal

electrónica al sistema de registro. Así mismo, funcionan como sistema de medición de la profundidad a la que se hinca el cono.

Fig. 4.8 Prueba de penetración con el cono CPT y componentes principales

http://www.myv-sg.com/exploracion-geotecnica/


23

El sondeo de cono o CPT, por sus siglas en inglés, conocido anteriormente como Dutch Cone, es una prueba que permite identificar las

características de resistencia del subsuelo y conocer su variación con la profundidad. La prueba se realiza principalmente en arcillas blandas, limos blandos y en depósitos de arena fina y media (no funciona en gravas o en

depósitos de suelo de gran dureza). Existen diversos mecanismos y formas de conos que se utilizan según los objetivos de la exploración geotécnica. Sin

embargo, la prueba está estandarizada por la norma ASTM D-3441.

Dependiendo de las características de los equipos y de los instrumentos electrónicos que se instalen en la punta y el fuste del cono, la prueba permite medir la reacción que opone el suelo a la penetración del cono (qc) y la fricción

lateral (fL) que se genera entre el fuste y el suelo que se atraviesa, la presión de poro en la masa del suelo, entre otras variables.

Durante la prueba se debe verificar que las barras permanezcan

alineadas, formando una línea recta hasta la profundidad de exploración, a fin

de llevar un registro confiable de la profundidad.

Si se debe desea conocer el nivel freático se en la punta del cono un piezómetro para medir la presión del agua. La capacidad de empuje del equipo de sondeo la aporta el lastre del camión o unos anclajes fijados al suelo o roca

a fin de proporcionar la fuerza suficiente para el hincado de la punta.

Los parámetros de resistencia del suelo c y se determinan mediante correlaciones empíricas.

Para mayor información sobre los métodos de campo y de exploración geotécnica se recomienda revisar las siguientes ligas:

1. http://civionica.net/images/NotasCimentaciones053.pdf 2. http://conepenetrationtest.blogspot.mx/

3. http://informaciona.com/ensayo-s.p.t/videos 4. http://www.myv-sg.com/exploracion-geotecnica/

http://civionica.net/images/NotasCimentaciones053.pdf

http://conepenetrationtest.blogspot.mx/

http://informaciona.com/ensayo-s.p.t/videos

http://www.myv-sg.com/exploracion-geotecnica/


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5. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

El análisis de la estabilidad de una ladera o de un talud no es una tarea fácil y requiere el empleo de conocimientos teóricos y experiencia para definir el o los métodos a utilizar, tanto para el análisis numérico de la estabilidad

como para la selección de las técnicas de exploración y determinación de las propiedades de los suelos, según se explicó en el capítulo anterior. Los

métodos de análisis y los cálculos de estabilidad se basan en un planteamiento físico-matemático, en el que intervienen las fuerzas que se oponen a la falla (fuerzas resistentes) y las que provocan la falla (fuerzas actuantes) sobre la

ladera o talud, mismas que determina su comportamiento y condiciones de estabilidad (Fig. 5.1).

Fig. 5.1 Esquema simplificado de las variables que intervienen en un análisis

de estabilidad, donde la superficie de falla corresponde a un arco de

circunferencia, para un suelo puramente cohesivo

Los métodos de análisis se pueden agrupar en: métodos basados en la

teoría de equilibrio límite, que a su vez se basan en la teoría de la plasticidad y los que están basados en la investigación del estado de esfuerzo.

5.1 Método de la cuña de Coulomb

Los primeros cálculos analíticos de la estabilidad de taludes fueron

realizados por Coulomb en el siglo XVIII (1785) al desarrollar un método mediante cuñas, el cual estaba enfocado al estudio de la estabilidad de muros,


25

pero también podía ser utilizado en cortes y excavaciones que se realizaban

para la construcción de obras, caminos y carreteras (Fig. 5.2).

Fig. 5.2 Esquema simplificado del método de Coulomb para analizar los

empujes que actúan en un muro en un depósito de suelo y su simplificación

para el análisis de estabilidad del talud

5.2 Evolución de los métodos de análisis

La necesidad de construcción de carreteras, terracerías y líneas férreas en

el siglo XIX, obligaron a realizar grandes movimientos de tierras y como consecuencia ocurrieron grandes e importantes deslizamientos y fallas de laderas y taludes.

Estos acontecimientos obligaron a los constructores a desarrollar

metodologías y criterios, utilizando métodos sistemáticos y con fundamentos técnicos y científicos, para analizar el comportamiento que presentaban los

depósitos de suelo, los cortes, las excavaciones y los terraplenes que se construían. Fue hasta la mitad del siglo XX, cuando se desarrollaron, cada vez más elaborados, los métodos analíticos que han servido de base a los que se

utilizan actualmente.

5.3 Método de Fellenius

Fellenius (1910) fue uno de los primeros que, tomando las ideas de Coulomb, desarrolla el método de las cuñas, el cual evolucionó para que en

1916 desarrollara, por primera vez, el método de las dovelas aplicado a suelos no cohesivos (Fig. 5.3). 20 años después, se introducen conceptos tanto para


26

suelos cohesivos como friccionantes; y en 1926 Terzaghi introduce su teoría

del Principio de los Esfuerzos Efectivos.

Este método consiste en la aplicación directa de los fundamentos de la Mecánica Clásica, dividiendo la cuña de deslizamiento en rebanadas y aplicando los conceptos del estado de fuerzas en cada una de ellas (Fig. 5.3).

La condición de equilibrio en cada rebanada o dovela estará definida por la superioridad de las fuerzas resistentes en comparación con las fuerzas

actuantes o desestabilizadoras en la potencial superficie de deslizamiento o de ruptura.

Es decir, para que haya equilibrio en la rebanada o dovela:

(Fuerzas Resistentes)DOVELA > (Fuerzas ActuantesDOVELA)

Fig. 5.3 Estado de fuerzas actuantes y resistentes que se presentan en una

dovela, según el método de Fellenius

En un estrato de suelo con cohesión y fricción, las fuerzas resistentes

estarán compuestas por: 1. La fuerza debida a la cohesión del suelo y la debida a la fricción

interna del mismo. La forma en que se calculan estas fuerzas en el método de Fellenius, es la siguiente (Fig. 5.4):

FRD = F(cohesión)DOVELA + F(fricción)DOVELA

F(cohesión)DOVELA = c (ΔL / cos )

F(fricción)DOVELA = W (cos ) (tan )


27

Donde W = Es la fuerza debida al peso propio del material que actúa en la

cuña de la dovela

es el ángulo que se forma entre la superficie de rotura y una línea horizontal

c es la cohesión aparente del suelo determinada mediante pruebas de laboratorio.

x es el espesor o ancho de la dovela

es el ángulo de fricción interna del suelo determinado mediante pruebas de laboratorio o correlaciones con pruebas de campo.

Por su parte las fuerzas actuantes en la sección de la cuña limitada por el

ancho de la dovela y la superficie de falla o de rotura, es:

FAD = W sen

Si W = (w)(AD), donde w es el peso de la dovela, AD es el área de la

misma, en un ancho unitario, entonces:

FAD = (w)(AD) sen

Por lo tanto, para que la ladera sea estable:

c (ΔL / cos ) + W (cos ) (tan ) > (w)(AD) sen y, por lo tanto, el FS será:

Donde FRD es la sumatoria de las fuerzas resistentes en cada dovela y

FAD es la suma de las fuerzas actuantes debidas al peso propio de cada dovela.

5.4 Método de Fellenius

Los métodos considerados modernos se iniciaron en 1954 con el Método

de Bishop, el cual considera superficies de falla circulares; y en 1956 con el de Janbu, para superficies de falla no circulares.

En sus inicios los cálculos utilizados en estos métodos eran muy complejos dado que se utilizaban herramientas manuales y análisis gráficos.


28

Con la aparición de la computadora, metodologías consideradas antes casi

imposibles, como la basada en los elementos finitos se convirtieron en una rutina. En la actualidad, existen en el mercado numerosos programas de

cómputo, los cuales permiten realizar análisis con casi todas las… Como ejemplo tenemos la infinidad de métodos que intentan reproducir

mejor el fenómeno de inestabilidad, estableciendo diversas hipótesis en las fuerzas existentes de los contactos entre dovelas (que el método de Bishop

desprecia suponiendo que no da momentos), incluso consideran superficies no circulares (como el método de Jambu), sustituyéndola por una espiral

logarítmica, que quizás se ajuste mejor a lo observado en campo o una superficie poligonal y que los métodos de Morgenster-Price y de Spencer, nos conducen a soluciones mas exactas, considerando lo anterior con una

superficie de falla cinematicamente admisible, pero todos tienen algún inconveniente, por lo que, en la práctica, sigue siendo muy habitual, para

superficies circulares, la utilización del método de Bishop simplificado, aunque presente problemas con presiones intersticiales altas.

Para mayor información sobre el tema se recomienda revisar la siguiente

liga: 1. http://www.ing.unlp.edu.ar/constr/g2/Apuntes%20sobre%20Empuje

s%20de%20Suelos.pdf 2.

http://www.ing.unlp.edu.ar/constr/g2/Apuntes%20sobre%20Empujes%20de%20Suelos.pdf

http://www.ing.unlp.edu.ar/constr/g2/Apuntes%20sobre%20Empujes%20de%20Suelos.pdf


29

6. METODOS DE ESTABILIZACIÓN DE LADERAS

Desde el punto de vista fenomenológico los métodos de estabilización de

laderas están encaminados a prevenir las causas que originan la inestabilidad y mitigar los daños por la ocurrencia de deslizamientos. La aplicación de cada método de estabilización depende principalmente de la tipología, magnitud y

velocidad de los movimientos, y pueden realizarse antes (en caso de laderas potencialmente inestables o ante la ejecución de cortes o terraplenes) o

también cuando ya inicio el movimiento, siempre que su velocidad lo permita. Los deslizamientos u otros procesos de inestabilidad de dimensiones importantes son muy difíciles o prácticamente imposibles de detener; por lo

que en estos casos sólo existe como alternativa alertar a la población o de ser necesario buscar su reubicación.

Los métodos de estabilización que se describen a continuación están

basados principalmente en el incremento de las fuerzas resistentes en la masa

de suelo, a través de la reducción de la presión de poro o bien por métodos estructurales, aunque también se contemplan aquellos que permiten la

reducción de las fuerzas actuantes, ya sea por la eliminación de sobrecargas o por medio del cambio geométrico de la ladera mediante la ejecución de cortes y terrazas.

6.1 INCREMENTO DE LA RESISTENCIA DEL SUELO A TRAVÉS DE LA REDUCCIÓN DE PRESIÓN DE PORO

Como se ha comentado en capítulos anteriores el agua es el principal agente que desencadena los problemas de inestabilidad en las laderas,

aumentando el peso de la masa inestable, elevando el nivel freático y la presión poro, creando empujes hidrodinámicos, reblandeciendo el terreno y

erosionando algunas zonas de la ladera, como el pie.

En general, la construcción de sistemas de drenaje, ya sean superficiales o internos, tienen por finalidad eliminar o disminuir el agua presente en la ladera o talud y, por lo tanto, reducir las presiones intersticiales o de poro que

actúan como factor desestabilizador en las superficies de falla y grietas, debido a que, el agua reduce las propiedades resistentes de los materiales.

El drenaje puede ser superficial mediante canalizaciones revestidas, o

profundo, mediante la instalación de drenes horizontales o californianos, pozos

o drenes verticales, galerías de drenaje y pantallas drenantes como los que se describen a continuación:


30

6.1.1 Drenaje superficial

El drenaje superficial evita que las aguas que escurren superficialmente se infiltren en el cuerpo de la ladera o talud, o que ingresen en

discontinuidades y grietas, esta practica tiene como finalidad evitar el incremento del nivel freático, la saturación de los suelos y la aparición de presiones intersticiales. Evitan, asimismo, los efectos erosivos de las aguas de

escorrentía y el lavado de discontinuidades en macizos rocosos. Este tipo de medidas, más que estabilizadoras, son preventivas; se recomiendan

principalmente en taludes constituidos con suelos poco cementados, no consolidados.

Los métodos deben ser diseñados para evitar la llegada y acumulación del agua en una ladera, sobre todo en la zona de la corona, y en el caso de taludes

escalonados, en las bermas, ya que es frecuente que se produzca estancamiento en época de lluvias en estas zonas planas.

Las aguas que escurren se canalizan y se conducen mediante cunetas de drenaje, que suelen situarse en la corona y a los costados de la ladera,

(canales perimetrales), cuya sección y características deben ser calculadas en base a los caudales por eliminar.

Entre estas medidas también se encuentran la canalización, desvío o

encauzamiento mediante la construcción de canales de mampostería o

concreto reforzado de cauces de arroyos y manantiales en las inmediaciones del cuerpo de la ladera o talud.

En taludes con una extensión importante e inclinación adecuada pueden

construirse sistemas de canales de drenaje en su superficie, ya sea

longitudinales y/o transversales, o en espina de pescado, para la recolección de las aguas que finalmente se conducen fuera de la zona de influencia de la

ladera, se recomiendan canales en forma de gradería. Canales de corona

Los canales en la corona son utilizados para interceptar y conducir las

aguas de lluvia hacia las zonas mas bajas y alejadas del área de la ladera

inestable, evitando el paso del agua por esta zona. En general debe buscarse que el agua llegue a las zonas vulnerables como el pie de la ladera.

El canal de coronación no se debe construir muy cerca al borde superior u

hombro superior del talud, para evitar que se convierta en un comienzo y guía

de un deslizamiento en cortes recientes o de una nueva superficie de falla (movimiento regresivo) en deslizamientos ya producidos, o se produzca la falla

de la corona del talud o escarpe Fig. 6.1.


31

Figura 6.1 Detalle de zanja de coronación para el control de aguas superficiales en un

talud

Se recomienda que los canales de coronación sean totalmente

impermeabilizados, así como debe proveerse una pendiente suficiente para garantizar la rápida eliminación del agua captada. Sin, embargo se sugiere que el canal sea impermeable y que se le de mantenimiento por lo menos cada dos

años, ya que con el tiempo el material con que se impermeabiliza sufre deterioro. Además se debe desazolvar constantemente para que sea libre la

conducción del agua. Canales colectores en espina de pescado

Al igual que los canales de corona, los colectores en espina de pescado se

utilizan para disminuir la infiltración de agua en las áreas arriba del talud. El

sistema permite conducir las aguas interceptadas, por la vía más directa, hacia fuera de las áreas vulnerables del talud; depositándolas generalmente a

canales en gradería (Fig. 6.2). También se recomienda que estos canales sean impermeabilizados adecuadamente para evitar que el agua se vuelva a infiltrar

al cuerpo de la ladera.


32

Figura 6.2 Esquema en planta de un sistema de canales colectores espina de

pescado

Canales interceptores a mitad del talud

En suelos susceptibles a la erosión es recomendable construir canales

transversales a mitad del talud. También es conveniente construir canales interceptores en todas las bermas intermedias de una ladera estabilizada (Fig.

6.3). Estos canales deben revestirse apropiadamente para evitar la infiltración como en los sistemas anteriores, conduciendo así las aguas captadas en el cuerpo de la ladera a graderías de disipación de energía. Los canales

interceptores o transversales deben tener una pendiente tal que impida la sedimentación de materiales. Es muy común que los canales transversales se

construyan con pendientes muy bajas y al taponarse produzcan infiltraciones al cuerpo del talud cuando no son correctamente impermeabilizadas.


33

Figura 6.3 Canales interceptores en el cuerpo del talud

6.1.2 Drenaje interno

La colocación de un drenaje profundo o interno tienen como finalidad

abatir el nivel freático por la infiltración y acumulación de agua en el cuerpo de la ladera. Con ello es posible evitar el aumento de la presión de poro. Siendo

una solución frecuente en taludes rocosos con problemas de inestabilidad. Durante el diseño de los sistemas de drenaje profundo se debe tener en

cuenta las siguientes consideraciones:

La permeabilidad y características hidrogeológicas de los materiales, los caudales a drenar y el radio de acción del elemento drenante.

Las perforaciones deben alcanzar las cotas a las que se encuentra el

agua, y en su caso, profundizar hasta las cotas a que se quiere disminuir el nivel freático.

Dependiendo de su ubicación y profundidad, los elementos drenantes pueden quedar rotos o en caso de que existieran movimientos en el talud podría causar efectos contrarios a los pretendidos, introduciendo

agua en la superficie de falla o en la masa inestable provocando un deslizamiento. Es por esto que se propone la instrumentación antes y

después de estabilizar una ladera, para comprobar si efectivamente el sistema es funcional.

Drenes horizontales o de penetración


34

Un dren horizontal o subdren de penetración consiste en una tubería perforada colocada a través de una masa de suelo o roca mediante una

perforación profunda ligeramente inclinada respecto a la horizontal, con la cual se busca abatir el nivel freático hasta un nivel que incremente la presión de

poro, obteniendo como resultado el incremento del factor de seguridad Fig. 6.4.

Figura 6.4 Esquema general de la colocación de un dren horizontal

La principal ventaja de los drenes horizontales es que se pueden instalar

de manera rápida y sencilla, obteniendo un aumento importante del factor de seguridad del talud en muy poco tiempo.

Las perforaciones subhorizontales con diámetro de 3 a 4 pulgadas dentro

de los cuales se colocan tuberías perforadas, pueden alcanzar longitudes según

sea el caso, y son muy efectivos para conducir el agua fuera de la zona del talud o la laderas (Fig. 6.6). Los tubos utilizados pueden ser metálicos, de

polietileno o PVC, el diámetro generalmente es de 2 y 3 pulgadas, aunque en ocasiones se utiliza otro tipo de diámetros. Los orificios de las tuberías se hacen generalmente, en diámetros de 5 mm a 1.5 cm con una densidad de 15

a 30 agujeros por metro de tubería. En ocasiones los subdrenes se diseñan para que recolecten agua solamente en el sector cercano a la punta interior y

se inyecta con un impermeabilizante, la longitud restante del tubo (Fig. 6.5). En esta forma se impide que el agua captada se infiltre nuevamente en la trayectoria de salida.


35

Figura 6.5 Dren de penetración diseñado para captar solamente en su punta interior

Inicialmente las perforaciones se realizan con pendientes de 5% al 20%,

pero a medida que avanza la perforación el peso de la tubería hace que esta se

deflecte y por consiguiente va disminuyendo esta pendiente. Un dren de mas de 20 metros de longitud puede quedar con una inclinación negativa quedando

por debajo del nivel de dren propuesto teórico. Después de nivelar el equipo se le da la inclinación y dirección al dren de acuerdo a los datos del estudio geotécnico previo y se inicia la perforación.

En México se ha empleado un tipo de subdren horizontal sin tubería, en el

cual la perforación se rellena con material filtrante. En este caso se trabajan con perforaciones de hasta 6 pulgadas de diámetro y se requiere un sistema de control superficial para evitar la salida de las arenas del subdren.

Figura 6.6 Colocación de drenes horizontales en un talud, en la zona comercial

Santa Fe, Cuajimalpa, D. F


36

Trincheras estabilizadoras

Una trinchera estabilizadora es una excavación, dotada en su talud aguas arriba de una capa drenante, con espesor comprendido entre 0.50 m y 1.00m de material filtro y un sistema de recolección y eliminación de agua en su

fondo, el cual suele consistir de una capa de material filtro de igual espesor que la capa drenate, dentro de la cual hay tuberías perforada, usualmente (de

15 o 20 cm de diámetro, o mayor si es que se tienen gastos mayores), para conducir rápidamente el agua captada, esta ultima debería conectarse a una tubería de desfogue que lleve el agua a donde no afecte la estabilidad de la

ladera; (Fig. 6.7). Este desfogue puede ser, por cierto, un grave problema si la excavación es profunda y la topografía no es favorable. A veces ese problema

puede resolverse simplemente prolongando la tubería longitudinal hasta una cañada.

Figura 6.7 Sección de una trinchera

El fondo de la trinchera deberá tener el ancho suficiente para permitir la operación eficiente de equipos de construcción, lo cual se lograra con unos 4

m. Los taludes de la excavación deberán ser estables durante la construcción, pues el relleno posterior eliminara el problema a largo plazo, los problemas de estabilidad de taludes en la excavación no son raros; la rapidez de la

construcción suele ser un buen aliado para superarlos y en casos extremos se recurre al construcción por franjas del ancho conveniente, que se va rellenando

antes de abrir la siguiente. El material que rellena la trinchera debe de ser de buena calidad,

generalmente proveniente de préstamo de banco y debe colocarse con una


37

apropiada compactación por capas. Generalmente, la trinchera se excava a profundidades mayores a las de la superficie de deslizamiento Fig. 6.8.

Figura 6.8 Esquema de una trinchera estabilizadora

Pantallas de drenaje

Las pantallas de drenaje son estructuras similares en apariencia a un

muro de contención, las cuales se colocan sobre la superficie del talud con el objetivo principal de impedir que se produzca erosión ocasionada por las

filtraciones de agua subterránea (Fig. 6.9).

Las pantallas de drenaje constan de tres elementos básicos:

Filtro sobre la superficie del talud

Este filtro puede ser material granular o geotextil con material grueso, el cual se coloca cubriendo toda el área de filtraciones. Este filtro debe cumplir con las especificaciones de diseño.

Estructura de contención o retención Esta construcción tiene por objeto mantener en su sitio el filtro y ayudar a

la contención de la masa de suelo sobre la cual actúa el gradiente hidráulico, al aflorar el agua. La estructura de contención puede ser un muro de gaviones, enrocado, muro criba, etc.

Subdren colector Este subdren se coloca en el pie del talud para recoger el agua captada

por la pantalla y conducirla a un sitio seguro.


38

Figura 6.9 Ejemplo de una pantalla de drenaje

Galerías de drenaje

Es un túnel cuyo objetivo específico es el de disminuir la presión de poro

y controlar las corrientes profundas de agua en un talud (Fig. 6.10). Las

galerías de drenaje deben tener una sección adecuada para facilitar su construcción y se colocan generalmente, por debajo de la posible zona de falla.

El uso de galerías de drenaje es para mejorar las condiciones de

estabilidad de las laderas, para el caso de presiones de poro muy altas, es factible para la estabilización de grandes deslizamientos (Valore, 1996). Las galerías de drenaje son empleadas especialmente, en los grandes proyectos

hidroeléctricos.

Figura 6.10 Evolución del decremento del nivel freático al construir una galería

filtrante


39

Para fijar su ubicación se requiere un estudio geotécnico detallado. Cuando la permeabilidad de los materiales en sentido vertical a la ladera, es

mayor debido a la orientación de las discontinuidades, el agua fluye fácilmente hacia la galería pero cuando la orientación de los estratos es horizontal a la

ladera el agua puede pasar sobre la galería sin fluir hacia ella. En casos cuando los estratos son horizontales a la ladera, se requiere

construir pozos verticales o subdrenes inclinados desde la galería para interceptar las zonas de flujo, (Fig. 6.11). Entre más alto el pozo vertical, su

efecto es mayor. Generalmente, se recomiendan diámetros de 1/20 de la altura del talud. Si se requiere teóricamente diámetros muy grandes, este efecto se puede suplir colocando pozos verticales y drenes de penetración

dentro de la galería. Comúnmente, la galería drena por gravedad pero en algunos casos se requiere colocar un sistema de bombeo para su desagüe.

Figura 6.11 Sección transversal de la galería filtrante en el Km 19+200 de al autopista

Tijuana - Ensenada

Cuando la galería es construida en materiales meteorizados se requiere colocar un soporte permanente de materiales como concreto, acero o madera. Pozos verticales de drenaje


40

Son perforaciones verticales abiertas que tratan de aliviar la presión de poro, cuando los acuíferos están confinados por materiales impermeables,

como puede ocurrir en las intercalaciones de lutitas y areniscas. (Fig. 6.12).

Figura 6.12 Pozos verticales conectados con drenes horizontales de PVC para desagüe

Los pozos verticales tienen generalmente un diámetro de 30 a 150 cm o

superior(L. González de Vallejo), con un tubo perforado de diámetro inferior a las perforaciones. El espacio anular que existe entre la perforación y el tubo se

rellena con material filtrante. Los pozos verticales pueden drenar el agua mediante bombas que se colocan en su interior, en donde se pone en funcionamiento al alcanzar el agua una determinada cota dentro del pozo, o

por gravedad a través de drenes que lo comunican con el exterior.

El espacio de los pozos depende de la estructura de las formaciones. Si aparecen juntas verticales es posible que los pozos no intercepten las presiones del agua, como sí ocurre cuando el drenaje natural de la formación

es horizontal a la ladera. Debe tenerse en cuenta que es más efectivo incrementar el número de pozos que aumentar el diámetro.

Los espaciamientos más comunes varían de 3 a 15 metros. La

profundidad depende del espesor de la zona inestable y la estabilidad

requerida. Se conocen de drenes de hasta 50 metros de profundidad (Abramson 1996).

La utilización de grupos de pozos verticales que drenan por gravedad han

aumentado en los últimos años debido a que adicionalmente al efecto de

drenaje, ayuda al control de la consolidación en los casos de terraplenes sobre suelos blandos (Holtz, 1991). El sistema consiste en la construcción de drenes

horizontales que interceptan el sector interior de los pozos verticales. Esta tecnología ha sido utilizada con éxito en Italia (Bruce, 1992).

La tecnología Rodren aplicada en Italia, consiste en pozos verticales de diámetros entre 1.5 y 2.0 metros espaciados 5 a 8 metros e interconectados

en su base por un tubo colector. Los drenes colectores se instalan mediante la


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perforación de drenes horizontales dentro del diámetro del pozo vertical. Este sistema de drenaje permite drenar a grandes profundidades sin necesidad de

perforar zanjas continuas y es accesible para inspección y mantenimiento.

Generalmente, en el sistema de drenaje algunos pozos son utilizados para drenaje, los cuales se llenan con material filtrante y otros para inspección y mantenimiento. Beer (1992), reporta un caso en el cual se instalaron sistemas

de Drenaje Rodren a profundidades de 52 metros con espaciamiento entre posos de 15 metros.

6.2 REDUCCIÓN DE LAS CARGAS QUE CAUSAN LA FALLA.

La reducción de las fuerzas actuantes en una ladera se da principalmente por la remoción de material en el cuerpo, pie y corona de la ladera o evitando

la saturación de la misma ya que este fenómeno se genera principalmente por las lluvias intensas y prolongadas o en algunas ocasiones es generado por

personas que habitan en el cuerpo y corona de la ladera, dando como

resultado la inestabilidad de la misma.

6.2.1 Remoción de cargas en la parte superior de la ladera.

La remoción de la carga en la parte superior es uno de los métodos más recomendables para disminuir la magnitud de las fuerzas que tienden a

producir el deslizamiento, ósea el momento motor; propiciando la posibilidad de falla de un talud. En la Figura 6.13 se ilustra este procedimiento; dando como resultado la modificación de la geometría de una nueva configuración

más estable.

Aparentemente la remoción de carga en la parte superior de una ladera, produce en suelos friccionantes también una disminución del momento resistente, pues en estos suelos la resistencia al esfuerzo cortante depende de

la presión normal y esta aparentemente disminuye al ser removido el peso.

La afirmación anterior no es necesariamente correcta, ya que el talud rebajado tiene siempre un circulo de falla crítico diferente del inicial y probablemente más profundo (una posible variación del círculo de falla crítico

aparece marcada con la línea punteada en la Figura 6.14), por lo que la remoción de peso tiende a compensar con el aumento de la masa deslizante

(la ventaja del método estribaría en este caso el desplazamiento del centro del circulo hacia la derecha de acuerdo con la Figura 6.14, con el correspondiente decremento de los brazos de palanca de las fuerzas motoras). En realidad, no

puede afirmarse categóricamente lo que sucederá al momento resistente en un suelo friccionante al abatir el talud pero el factor de seguridad aumenta aunque

no siempre en la misma medida, en suelos cohesivos friccionantes el primero


42

de estos factores no influye puesto que la resistencia al esfuerzo cortante es independiente de la presión normal.

Figura 6.13 Corte en la parte superior de una ladera

En rocas esta solución no es muy efectiva ya que la remoción del material es complicada y por lo regular se necesitan explosivos, considerando también

que cerca de la ladera existen asentamientos, estos podrían ser afectados.

6.2.2 Tendido de taludes.

Al igual que la remoción de cargas en la parte superior de las laderas la disminución de su inclinación nos permite hacer una modificación en su geometría, ya que en ambos casos se recurre al movimiento de tierras, dando

como resultado el incremento de las fuerzas resistentes y disminuyendo las fuerzas actuantes. Debido a que este procedimiento implica también grandes

movimientos de material no siempre es posible.

Figura 6.14 Disminución del ángulo del talud y eliminación de peso en la cabeza


43

Es viable usar el método cuando se tiene una ladera no habitada y con

acceso a ella. También la retirada de peso en su cabecera no siempre puede llevarse a cabo por las dificultades de acceso a la parte superior de la ladera o

que exista población asentada sobre ella, como lo es en muchos casos en los cuales han ocurrido deslizamientos, otro de los inconvenientes es el problema ambiental, que aunque no exista asentamientos humanos sobre la ladera el

lugar puede ser reserva ecológica y la población afectada se encuentre asentada al pie de la misma. El método resulta más económico cuando el tipo

de material a recortar se puede colocar al pie del la ladera y de esta manera incrementar el factor de seguridad incrementando su estabilidad.

6.2.3 Eliminación de fugas en sistemas de drenaje y abastecimiento de

agua.

Este problema se da principalmente en laderas en las que se han

desarrollado asentamientos humanos o en aquellas donde se han construido sistemas de captación, almacenamiento y conducción de agua. Con frecuencia,

los sistemas de alcantarillado han concluido con si vida útil y a consecuencia se tienen fugas. Cuando una población vive en la cabeza o al pie de la ladera, esta le genera inestabilidad, cuando a través del tiempo la red de agua potable

y alcantarillado sufren deterioro y se tienen fugas, el agua comienza a infiltrarse en el cuerpo de la ladera, sufriendo el terreno un cambio en su

estructura mediante el incremento de la presión de poro, dando como resultado mayor peso a ladera o incluso generar grandes oquedades y perdida de materiales finos. Esto nos indica que las fuerzas resistentes pueden ser

igualadas o menores que las fuerzas actuantes en la superficie de falla y provocar el deslizamiento de la ladera.

Para evitar que una ladera sea inestable por el incremento del peso a

través de la saturación o por la perdida de material fino, que estas le puedan

generar, se debe tener un programa de vigilancia permanente para corregir fugas. de la red de alcantarillado y de agua potable.

Para evitar fugas en la red de agua potable se deben implementar

medidas de prevención a través de la medición de la presión dentro de la

tubería, ya que cuando se tiene una diferencia de presiones medidas en distintos puntos de la red, es por que se tienen fugas. Lo anterior se puede

lograr con la ayuda de instrumentos como son los manómetros y piezómetros que se colocan en puntos clave de la red de agua potable.

Por lo que se refiere a las medidas que se deben tomar en una red de

alcantarillado para que se tenga en condiciones funcionales las instalaciones,

se debe desasolbar mínimo una vez al año para que las partículas que son arrastradas por el agua no erosionen la tubería. Un ejemplo de este tipo se da


44

principalmente en zonas desarrolladas como lo es la Ciudad de México, en donde la población de bajos recursos que demanda una vivienda y no le es

posible adquirirla, toma soluciones como la de asentarse en barrancas, laderas y reservas ecológicas padeciendo de los servicios principales como lo es agua

potable y alcantarillado o que solo cuenten con alguno de ellos y si cuentan con agua potable y no cuentan con alcantarillado, el agua que ocupa para sus actividades diarias la vierte en el cuerpo de la ladera provocando que con el

tiempo esta sea inestable hasta llegar a la falla, poniendo en riesgo su vida y la de las demás personas que habitan en la ladera, Fig. 6.15.

Figura 6.15 Falla de ladera inducida por los escurrimientos de aguas domesticas que

vierte la población (Carretera México-Toluca cuota, Santa Fe, Cuajimalpa, D. F.)

6.3 AUMENTO DE LAS FUERZAS RESISTENTES POR BERMAS Y CONTRAFUERTES.

6.3.1 Bermas en la parte inferior de la ladera y mas allá del pie.

Se denominan o se conocen como bermas a aquellas masas de suelo o roca que se colocan en la parte inferior de las laderas con el fin de aumentar su estabilidad a través del aumento de las fuerzas resistentes. La bermas se

construyen generalmente con el mismo material, cuando esta es modificada mediante cortes para disminuir su altura o inclinación. El uso de la berma

tiende a incrementar la estabilidad del talud por razones un tanto similares al abatimiento de los taludes. De hecho, en muchos casos, la construcción de bermas equivale mecánicamente al abatimiento de un talud. Así, en este

método caben algunos de los comentarios hechos para el abatimiento de taludes. Un talud con bermas también es diferente del original y tendrá otro

círculo crítico, el cual se deberá determinar analizando la nueva sección, Fig. 6.16.


45

02

01

R1

R1R2

L1

L2

BERMA

Figura 6.16 Efecto de una berma

La berma tiende a hacer que la superficie de falla se desarrolle en mayor

longitud y mas profunda, como lo muestra la Figura 6.16. Además, el peso del material que se coloque podrá aumentar la resistencia al esfuerzo cortante del

terreno de cimentación en su parte friccionante. En suelos cohesivos seguramente el efecto más interesante de la berma es descomponer el talud en dos, cada uno de menor altura, lo que repercute en la estabilidad general

de la ladera.

No se puede dar una regla que permita fijar a priori las dimensiones más convenientes para una berma en un caso dado. Su sección idónea habrá de calcularse por aproximaciones sucesivas, habiéndose fijado previamente un

factor de seguridad deseable para el talud en cuestión. En el caso de terraplenes una buena base para el inicio de los tanteos suele ser el doble de la

altura del terraplén.

El escalonamiento de taludes constituye una solución similar a la de las

bermas. La Figura 6.17 y 6.18 muestra dos escalonamientos típicos, uno en suelos puramente cohesivos y otro en suelos con resistencia cohesiva y

friccionante. Lo que se busca es transformar el talud en una combinación de varios otros de altura menor, pues en este tipo de suelos éste es el factor determinante en la estabilidad. Por ello, deberá preverse que los escalones

tengan una huella suficientemente ancha para que puedan funcionar como taludes independientes.

En el caso de laderas constituidas con materiales que presentan suelos

con cohesión y fricción, el escalonamiento se hace para provocar un

abatimiento del talud. Recoger caídos y colectar aguas son funciones secundarias, pero a veces muy importantes, que se asignan también a los

escalonamientos.


46

Figura 6.17 Escalonamiento en materiales cohesivos

Figura 6.18 Estabilización de una ladera mediante la construcción de terrazas en

suelos friccionantes. (Carretera México-Toluca)

El escalonamiento queda definido por el ancho de los escalones, la distancia vertical entre ellos y por el ángulo de los taludes intermedios.

El que los taludes de los respectivos escalones sean paralelos o se

construyan con inclinación variable dependerá mucho de las condición del

material constitutivo de la ladera o talud. Escalones de inclinación variable, como los de la Figura 3.18, son convenientes cuando el material tiene una

capa superior alterada, pero su condición mejora claramente con la profundidad.

Es importante la función que pueden cumplir los escalones para proteger contra la erosión del agua superficial, pues reducen la velocidad del flujo ladera

abajo y el gasto de escurrimiento. Para ello, es preciso que los escalones estén adecuadamente conformados. La mayor parte de las veces basta con que el escalón tenga una ligera inclinación hacia el corte; sin embargo, en terrenos

muy erosionables es conveniente invertir su inclinación, hacia la ladera y


47

construir una cuneta impermeable en la parte interna, con el fin de garantizar la eliminación rápida del agua. Si la posible infiltración del agua de lluvia

llegara a ser el factor principal para que deslizamiento ocurra, se podría llegar a la protección extrema de impermeabilizar toda la huella de los escalones.

Como ya se menciono, el escalonamiento de taludes cumple también la

función de detener pequeños derrumbes y caídos que pueden presentarse en

laderas o taludes. En ocasiones esta condición, además del costo, rige el dimensionamiento de los escalones.

Cabe comentar que no existen reglas fijas para proyectar el

escalonamiento de un corte y por lo tanto éste deberá ser propuesto para cada

caso en particular. En el caso de suelos con cohesión y fricción el perfil de escalonamiento debe ser tal que se llegue a una inclinación razonable para

todo el corte. Considerando un talud simple que promedie a todos los escalones. En la práctica profesional es común que la huella disminuya hacia

arriba, al igual que su peralte.

6.3.2 Contrafuertes cimentados en terreno firme.

Los Contrafuertes pueden ser construidos de concreto, suelo o la mezcla de suelo cemento como se muestra en la Figura 6.19. Su función es similar a

la de un muro de contención el cual trabaja por gravedad. En este caso la diferencia principal esta en sus dimensiones. En el diseño de estos elementos

se debe considerar el drenaje del agua para evitar la acumulación de agua y consecuentemente la creación presiones hidrostáticas. Las ventajas de elegir contrafuertes es que al ser construidos incrementan el peso en esa zona. Su

costo puede ser bajo si se cuenta con materiales para su construcción cerca del sitio, como puede ser el caso para contrafuertes de suelo o suelo cemento.

Cuando se construye un contrafuerte de suelo, ya sea suelo cemento, compactado o a volteo este debe ser previamente analizado en laboratorio para determinar su resistencia. En el diseño y la construcción de este sistema

de estabilización se deben considerar las mismas recomendaciones y condiciones que se usan para los muros de retención que se describe en el

subcapitulo 3.4.1.

Figura 6.19 Uso de contrafuertes en la estabilización de laderas; a)

Contrafuerte de tierra y b) Contrafuerte de concreto


48

6.4 AUMENTO DE LAS FUERZAS RESISTENTES POR MÉTODOS ESTRUCTURALES.

6.4.1 Muros de retención.

En la actual ingeniería se usan generalmente dos tipos de elementos de soporte: rígidos (muros) y flexibles (tablaestacas). La característica principal de este tipo de obras es prevenir los deslizamientos, aunque también nos

permite corregir los deslizamientos ocurridos. El método es bueno siempre y cuando el muro esté bien cimentado en un material que garantice su

resistencia al desplazamiento horizontal y volteo. A demás es necesario dotar al muro de los elementos que permitan el flujo libre del agua a fin de evitar la presiones hidrostáticas sobre él. Mantener una diferencia en los niveles del

suelo de sus dos lados se llama de retención.

En primer lugar debe comprenderse que la estructura de retención ha de contener a la superficie de falla formada o por formarse; si ésta contiene al muro, el efecto de éste será nulo en la estabilidad general. Lo anterior lleva

con frecuencia a muros muy altos, o que han de enterrarse a gran profundidad en el terreno con lo que genera la elevación del costo de la solución.

A continuación se mostrará brevemente las principales fuerzas y

elementos que se deben considerar en el diseño de un muro de gravedad

típico, Fig. 6.20.

Figura 6.20 Fuerzas que actúan sobre un muro de gravedad


49

La estructura de retención se construye por lo general al pie de taludes y

laderas.

Se debe tener en cuenta que la estabilidad de una ladera no depende del costo que pueda tener esta, sino que depende mas de los factores que influyen para su diseño. Si se tienen en cuenta todos y cada uno de los factores

influyentes se tendrá como resultado un costo mas razonable.

De acuerdo con la forma de diseño, los muros de retención pueden ser: de gravedad, en cantiliver, mediante contrafuertes y tierra armada.

Los muros de gravedad son aquellos que resisten las presiones de suelos mediante su peso propio a demás de ser económicos para alturas menores de

5.0 m, (Yzquierdo López). Las dimensiones de estos muros dependen principalmente del empuje del

suelo que soportará. El ancho de la base oscila alrededor de 0.43 de su altura y se diseña manteniendo el empuje dentro del tercio medio de la altura del

muro. Dentro de este grupo se tienen los de semigravedad, que son algo mas esbeltos que los de gravedad y requieren acero de refuerzo colocado a lo largo del paramento interior, que continua dentro de la losa horizontal de la zapata,

Fig. 6.21 y 6.22.

Figura 6.21 a) Muro de gravedad, b) muro de semigravedad


50

Figura 6.22 Muro de gravedad de concreto, (Estabilización de un talud en el Centro

comercial Santa Fe, Cuajimalpa, D. F.)

Por otra parte los muros en cantiliver son construidos de concreto

reforzado; utilizan el peso propio y el del suelo para resistir la tendencia al volteo que se presenta en el borde exterior y el muro, apoyado en una losa, ambos elementos son relativamente delgados y están completamente

reforzados para resistir los momentos y fuerzas cortantes a que están sujetos, Fig. 6.23.


51

Acero por temperatura

Acero

principal

Dren

Figura 6.23 Muro en cantiliver

Los muros con contrafuertes se construyen de concreto reforzado o

mampostería y a diferencia con respecto a los otros tipos de muros es que el muro se apoya sobre los contrafuertes a intervalos perpendiculares a l muro. Tanto la losa vertical como los contrafuertes están ligados a la losa de concreto

horizontal que le sirve de base y el espacio que queda arriba de la base y entre los contrafuertes se rellena de suelo, Fig. 6.24.

Figura 6.24 Muro con contrafuertes


52

Muros de mampostería, son los muros mas usuales, los materiales que se

utilizan para su construcción es piedra y mortero para su junteo. Para su diseño se consideran los empujes del suelo de la ladera y la presión del agua

que pudiera generarse cuando existan infiltraciones a la ladera, proporcionándole una correcta distribución de sus drenes. El muro se puede

construir de diferentes formas geométricas (según el calculo y diseño). Se recomienda para mayor seguridad confinar el muro con trabes y castillos de concreto armado, escarpes y/o contrafuertes (según el calculo y diseño). Un

ejemplo de falla de un muro de mampostería es el de la Col. Lázaro Cárdenas, Delegación Lázaro Cárdenas, Municipio de Cuernavaca, Morelos, en donde la

relación de la base con respecto a la altura no eran proporcionales (Visita CENAPRED).Fig. 6.25. Las ventajas de este tipo de muro es que los materiales a utilizar son fáciles de adquirir y para su construcción no se necesita de mano

de obra especializada como lo es con otros métodos de estabilización. Sus desventajas es que en alturas, mayores de 2 metros se tiene que confinar con

trabes y castillos de concreto armado lo cual incrementa su costo.

Figura 6.25 Muro de mampostería fallado en la Col. Lázaro Cárdenas,

Cuernavaca, Morelos y muro de contención antiguo aledaño al muro fallado el 12 de agosto de 2003

Pantallas de pilotes, son pantallas que atraviesan la superficie de

deslizamiento y que se introducen hasta la zona estable de la ladera, este tipo de pantallas no solo puede ser de pilotes, sino de micropilotes, dando de esta

forma un incremento a las fuerzas resistentes y mayor estabilidad a la ladera. Los pilotes pueden ser de distintos materiales y dimensiones de acuerdo al diseño. Así como pueden ser colados en el sitio e hincados, según las

propiedades geotécnicas del terreno y dimensiones de la ladera a estabilizar. Las desventajas de este método es que el equipo y mano de obra a utilizar

deben ser especializados, no siempre se tiene acceso a la ladera para poder


53

subir la maquinaría y equipo, además del transporte de los materiales incrementará los costos, Fig. 6.26.

Figura 6.26 Refuerzo al pie de un talud con una pantalla de micropilotes

Los muros anclados nos permiten mejorar la resistencia al volteo y al

deslizamiento de la estructura, pueden ser de concreto armado o concreto

simple; reforzados con anclajes, normalmente estos muros son utilizados cuando se tienen grandes cargas en la corona del talud. En su diseño y

construcción deben considerarse los empujes del cuerpo del talud, el peso de la cargas en la corona y la presión hidrostática. La capacidad de los anclajes se describe en el siguiente subcapitulo. Su uso es principalmente en cortes

verticales de gran altura, el costo es elevado y para su construcción se requiere de mano de obra y equipo especializado, Fig. 6.27.


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Muro de concreto

Anclas

Población

afectada

Figura 6.27 Muro de retención anclado

Muros de gaviones, son muros flexibles que consisten en rellenos de

fragmentos rocosos o escollera contenidos en una malla de acero, trabajan por gravedad y pueden ser construidos con escalonamientos hacia el exterior o el interior del talud.

A este tipo de elementos se le considera una estructura de estabilización

de retención cuando se coloca material de relleno entre el muro y el talud el cual debe ser graduado, de lo contrario es una estructura de contención de material que se desprende de la ladera.

Tienen la ventaja de permitir la circulación del agua procedente del talud,

cuando entre el muro y el talud se tiene un relleno, el cual debe ser considerado en el análisis de empujes sobre el muro; el material de relleno deberá permitir libremente el drenaje del agua para no tener problemas con la

presión del agua y saturación sobre el píe o de la zona donde se coloquen los gaviones. Su costo no es elevado, ya que los materiales pueden ser adquiridos

de una fácilmente, las presiones generadas por el agua son disipados de una manera rápida debido a la permeabilidad del muro, no se tiene que excavar al

píe del talud como lo es en la construcción de otro tipo de muros. Los problemas que tendría este tipo de muro es que la malla que envuelve y da forma al gavión se debe cambiar ya que es de acero y sufre cambios en su

resistencia con la intemperie, Fig. 6.28.


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Talud Talud

Relleno

a) b)

Relleno

Figura 6.29 Muros de gaviones a) escalonados hacia el exterior del talud y b)

escalonados al interior del talud, con relleno entre el muro y el talud

Generalmente todos los muros deben soportar presión de tierra que contienen, pero usualmente no se diseña para resistir presión de agua. Por lo tanto los muros bien diseñados deben estar provistos de sistemas para drenar

el agua o filtros, que de otra manera el agua se acumulan en el relleno.

Cabe mencionar que para el análisis, diseño y construcción de cualquiera

de las estructuras antes mencionadas, se deben realizar minuciosos estudios

de mecánica de suelos, de impacto ambiental y económicos.

6.4.2 Anclajes en tierra y roca.

Los anclajes se utilizan para aplicar fuerzas dentro de una masa de suelo

o roca con el objeto de mantener o restablecer su estabilidad. Los sistemas de anclaje proporcionan fuerzas externas para lograr la estabilidad de taludes o

excavaciones a cielo abierto, o en túneles y galerías subterráneas. Se utilizan solas o como complemento de otros métodos de estabilización tales como los

muros de contención, tablestacas, muros milán, etc., como se muestran en la Figura 6.30. Es conveniente mencionar que la construcción sea lo mas apegado al diseño para que el sistema pueda ser eficaz y sobre todo seguro.


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Figura 6.30 Algunas aplicaciones de anclas y sistemas de anclaje

Los sistemas de anclaje se pueden utilizar en una gran variedad de materiales, desde macizos rocosos hasta suelos cohesivos. En casos específicos, el tipo de ancla que debe de emplearse depende en buena medida

de las características y propiedades del medio donde se instalen, de las particularidades y necesidades de cada proyecto y de consideraciones

económicas. Algunos tipos de sistemas o técnicas de anclaje solo se pueden utilizar en rocas mientras que otro se han concebido y diseñado específicamente para emplearse en materiales blandos como las arcillas. En la

Figura 6.31 se muestran los principales componentes de un ancla.

El uso y aplicación de las anclas se ha visto favorecido por el desarrollo de técnicas de perforación e inyección cada vez mas eficientes, las mejoras en la calidad del acero con el consecuente de su mayor durabilidad y la demanda

originada por la construcción de excavaciones y cortes en grandes áreas y a mayor profundidad, incluso bajo el nivel freático.


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Figura 6.31 Principales componentes de un ancla

De acuerdo al tipo de obra y los estudios de mecánica de suelos se debe

elegir los tipos de anclas a utilizar partiendo de la siguiente clasificación general que se presenta en la Tabla 6.1.

El uso del sistema de anclas constituye un sistema constructivo versátil

que permite adaptarlo a condiciones geotécnicas muy variadas. Utiliza la

capacidad del suelo o roca donde se instala como medio de soporte, ocupa menos espacio durante su instalación, en comparación con el que se requiere

en sistemas equivalentes (troqueles, puntales, taludes temporales) y mantiene la estabilidad de taludes, laderas y cortes en situaciones especiales en donde el

uso de las anclas constituye la única solución posible, Fig. 6.32.


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Figura 6.32 Estabilización de un talud en la zona comercial Santa Fe, Álvaro Obregón,

D. F., mediante el uso de anclas

En ocasiones existen restricciones para el uso de los sistemas de anclaje,

principalmente por las condiciones del medio donde se instalan, como son: la forma de trabajo de los sistemas de anclaje y los procedimientos constructivos

para su colocación.

Tab. 6.1. Clasificación general de los tipos de anclas.

Clasificación general

Subclasificación Descripción

Según su vida útil

Anclajes temporales Se utilizan para estabilizar taludes o cortes verticales en excavaciones que después se cierran o bien después se sostienen con otras estructuras de carácter permanente.

Anclajes permanentes En este tipo de anclas su permanencia depende de las previsiones que se tomen para darles mantenimiento, incluido en este rubro la posibilidad de ajustar las cargas de tensión en las anclas.

Según su

funcionamiento

Anclas de fricción

(activos)

Son elementos que proporcionan fuerzas externas

para lograr la estabilidad de taludes. Las anclas de

fricción trabajan cuando el suelo o roca que la circunda sufre deslizamientos o deformaciones, no antes, de ahí que se les clasifique como elementos activos de refuerzo.

Anclas de tensión

(pasivos)

Propician fuerzas externas para lograr la estabilidad

en taludes o excavaciones. Las anclas de tensión comienzan a trabajar cuando se aplican fuerzas axiales mediante dispositivos especiales, por lo que se le clasifica como elementos pasivos de refuerzo.


59

Según la presión de inyección

Anclas de alta presión Se utilizan en rocas, gravas o en suelos arenosos compactados. La presión de inyección del concreto

excede cmkg 2/10 con objeto de lograr optimizar la

transferencia de carga del ancla al medio circundante, haciendo previamente la barrenación.

Anclas de baja presión con bulbo recto

Se instalan en rocas, suelos cohesivos, o bien, en materiales arenosos o con gravas. La barrenación se puede efectuar empleando una diversidad de

técnicas de perforación e inyección; la presión

generalmente no excede cmkg 2/10 y se requiere de

un obturador.

Anclas con inyección posterior

En estas anclas se efectúa una primera etapa de inyección del concreto por gravedad; posteriormente, se inyecta el bulbo sucesivamente, dejando de uno a dos días entre cada etapa de reinyección.

Anclas con reinyección posterior

Se usan en suelos cohesivos de baja plasticidad. En suelos granulares o en rocas las reinyecciones se aplican para mejorar la transferencia de carga entre el bulbo inyectado y el material circundante.

Según la forma del fuste

Anclas con una campana en el fondo

Se utilizan para anclar suelos cohesivos firmes o muy consistentes. Los barrenos, generalmente de gran diámetro y sin ademe, se rellenan con lechadas

de arena y cemento, o bien, con concreto colado por gravedad

Anclas con campanas múltiples

Se utilizan en suelos cohesivos rígidos o en rocas débiles. El espaciamiento entre las campanas se selecciona para minimizar la posibilidad de fallas por cortante a lo largo de la superficie perimetral de la campanas.

Los sistemas de anclajes transfieren las fuerzas de adherencia o fricción

que se genera en las barras o al suelo circundante. Cuando se instalan en

suelos arcillosos, la magnitud de las cargas que pueden transferirse están limitadas por la propiedades mecánicas de dichos suelos (resistencia al

esfuerzo cortante relativamente baja, alta deformabilidad y susceptibilidad de sufrir deformaciones diferidas, creep). Puede ocurrir que las restricciones del proyecto obliguen al uso de anclas en estos materiales aceptando, a cambio,

menor eficiencia y mayor costo, en estos casos, el costo unitario por unidad de fuerza puede llegar a elevarse considerablemente, con lo cual el anclaje baja

su competitividad desde el punto de vista económico.


60

Por otra parte, los procedimientos constructivos pueden causar la degradación en estas propiedades por la alteración producida durante la

perforación del barreno o por el fracturamiento hidráulico ocasionado durante la inyección del bulbo. La existencia de ambientes agresivos también pueden

limitar el uso de las anclas, debido al ataque de agentes químicos naturales o antropogénicos sobre los morteros o los aceros de los tensores.

Para evitar o minimizar los efectos de la corrosión en las anclas o el ataque químico a los bulbos inyectados, se utilizan aceros, resinas o morteros

de inyección especiales, fundas protectoras, etc. Sin embargo, la aplicación de anclajes impone la necesidad de un conocimiento tan detallado como sea posible de las condiciones estratigráficas locales, así como de las prioridades

ingenieriles de los materiales existentes, lo cual supondría mayores costos de exploración y muestreo, así como la experimentación de campo y laboratorio.

Finalmente, debe señalarse que desde el punto de vista constructivo, la instalación de anclas implica el empleo de personal experimentado y

especializado, así como el uso de equipo diseñado expresamente para este tipo de trabajos.

6.4.3 Pilotes.

Originalmente los pilotes fueron concebidos como elementos de cimentación para trasmitir cargas de las superestructuras a estratos de suelo

más profundo y mas resistentes. Actualmente su uso se ha extendido a otros problemas de ingeniería como la estabilización de taludes y laderas naturales.

El principio fundamental de su funcionamiento en la estabilización de laderas radica en su colocación y distribución (generalmente en pantallas o

hileras transversales al sentido del movimiento) que permitan incrementar las fuerzas resistentes de una ladera o talud. Los componentes de un pilote se muestran en la Fig. 6.33


61

Figura 6.33 Esquema general de un pilote

Los pilotes pueden ser de madera, o bien de acero y /o concreto de

acuerdo al material de fabricación. Otra clasificaciones de los pilotes es de acuerdo a su proceso constructivo, considerando los desplazamientos del

subsuelo generado durante su instalación, que pueden ser con desplazamiento, con poco desplazamiento y sin desplazamiento.

En México el uso de los pilotes no ha sido la solución mas usual para estabilizar mecánicamente deslizamientos en laderas y taludes; sin embargo,

se han reportado algunos éxitos en países Europeos, Asiáticos y Americanos como Estados Unidos, a costos accesibles. En casi todos lo casos de éxitos se instalaron dos o tres hileras de pilotes, y algunas veces su uso ha sido

reportado como solución mas bien restrictiva, en el sentido de que se instala una hilera de pilotes o dos para frenar un movimiento y se van instalando

hileras sucesivas, a medida que el material se adapta a la restricción y los movimientos vuelven a comenzar; en tales condiciones, existen fallas que se

han estado piloteando a lo largo de 20 años. (La ingeniería de suelos en las vías terrestres; Vol. 1; Rico y Del Castillo).

Generalmente los pilotes se utilizan en deslizamientos superficiales; los profundos generan esfuerzos muy grandes, que con dificultad resisten los

pilotes, además, tales fuerzas harían avanzar al suelo entre los pilotes, aun suponiendo que estos resistiesen.

La profundidad de anclaje de los pilotes es esencial. Pilotes poco anclados serán arrancados y volcados, movimiento que, por cierto, provocara

alteraciones en la superficie de falla con posibles resultados contraproducentes. No existen reglas fijas en cuanto a longitud de anclaje, al cual se deberá fijar en cada caso; sin embargo, existen técnicas o métodos que permiten tomar en


62

cuenta la magnitud y los puntos de aplicación de las cargas que se pueden tomar en cuenta para su diseño

La solución solo se puede intentar en roca o materiales duros, pues los

suelos blandos fluirían fácilmente en torno al pilote reduciendo mucho su eficiencia, esto sucede cuando se colocan pilotes a una determinada separación entre ellos, pero cuando se colocan en pantallas y que la separación entre los

pilotes es cero esto no sucede. Cuando la fricción a lo largo de la superficie de falla potencial sea muy importante, el pilotaje constituye una medida de

prevención digna de tomarse en cuenta porque puede aumentar bastante los incrementos de fricción. La Figura 6.34 y 6.35 muestran un esquema ilustrativo e imagen del método que se comenta.

Suelo

Superficie

de falla

Hileras de

pilotesRoca

Figura 6.34 Croquis de la estabilización de una falla con pilotes

Figura 6.35 Pantalla de pilotes colocados al pie de una ladera.


63

El diseño estructural de un pilote es determinado por los esfuerzos a los que estará sometido durante las maniobras de estiba, izado e hincado y

principalmente a los esfuerzos que se le aplicaran durante su vida útil.

Para la estabilización de laderas los pilotes trabajan principalmente por flexión debido a las cargas laterales que se transmiten por la masa de suelo que se desliza. Por lo tanto el diseño estructural de los pilotes debe considerar

las cargas que actúan sobre su fuste

El uso de pilotes es recomendable para deslizamientos pequeños en área y poco profundas, colocándolos en la parte superior del deslizamiento. La separación entre los pilotes varía entre cero y tres veces su diámetro (Hsai

Yang Fang 1991) de acuerdo a cada caso.

6.5 MÉTODOS PREVENTIVOS Y DE PROTECCIÓN.

Aun cuando la mayoría de los métodos de estabilización de laderas están

encaminados a reforzar la masa de suelo o reducir el incremento de presión de poro en su interior, existen otras técnicas que son de protección y prevención que permiten incrementar el Factor de Seguridad de un talud o ladera. Estas

medidas generalmente son de carácter superficial como: para eliminar los problemas de caídos de roca, aumentar la seguridad de la ladera frente a

roturas superficiales, evitar o reducir la erosión en el frente de la ladera y evitar la infiltración de agua de los escurrimientos superficiales.

Para realizar la medidas antes mencionadas se tienen que ejecutar trabajos como: instalación de mallas metálicas, instalación de materiales

geotextiles, impermeabilización, colocación de concreto lanzado y siembra de especies que contribuyen a reforzar el terreno superficial en las laderas de los cuales se describen a continuación.

Aplicación de Concreto lanzado.

El uso de concreto lanzado en nuestro país a tenido gran demanda principalmente para la protección de taludes y laderas naturales en donde se han tenido éxitos y fracasos, ya que no es un método de estabilización y que

se utiliza como tal, Fig. 6.36. Sin embargo si se combina con algún método de estabilización de los antes mencionados se obtienen buenos resultados.


64

Figura 6.36 Estabilización de una ladera con concreto lanzado.

El ACI (American Concrete Institute) define el concreto lanzado como un mortero o concreto transportado a través de una manguera y proyectado neumáticamente a alta velocidad sobre una superficie. Dicha superficie puede

ser concreto, roca, terreno natural, mampostería, acero, madera, poliestireno, etc. A diferencia del concreto convencional, que se coloca y luego se compacta (vibrado) en una segunda operación, el concreto lanzado se coloca y se

compacta al mismo tiempo, debido a la fuerza con que se proyecta desde la boquilla.

Si la mezcla que se va a lanzar cuenta sólo con agregados finos, se le llama mortero lanzado, y si los agregados son gruesos se le denomina concreto

lanzado. Por otra parte, el concreto con agregado fino es conocido como gunite, y cuando incluye agegado grueso, como shotcrete, aunque también se llama gunite al concreto lanzado por la vía seca, y shotcrete al concreto

lanzado por la vía húmeda. En la Tabla 6.2 se muestran algunas ventajas y desventajas de acuerdo a su aplicación.

Tab. 6.2 Ventajas y desventajas de cada aplicación.

Método vía seca Método vía húmeda

Control instantáneo sobre el agua de mezclado y consistencia de la mezcla

en la boquilla para cumplir con las condiciones variables del lugar

El agua de mezclado se controla en el equipo de entrega y puede ser

medida con precisión

Más apropiado para mezclas que

contengan agregados livianos, materiales refractarios y concreto que requiera resistencia temprana

Mejor seguridad de que el agua de

mezclado es completamente mezclada con el resto de los ingredientes


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Puede transportarse a largas distancias

Menos polvo y pérdida de cemento

Mejor control del inicio y parado

de la colocación con menor desperdicio y mayor flexibilidad

Por lo regular, menor rebote, y con ello, menor desperdicio de material

Posibilidad de lograr una producción mayor

La función principal del concreto lanzado es ayudando a prevenir la erosión y la infiltración de agua en un talud o ladera y de esta forma nos

permite prevenir los deslizamientos, citando como primicia que el concreto lanzado sin la combinación con algún método de estabilización no funciona, por ejemplo si se estabiliza una ladera con anclas se puede recurrir a la aplicación

de concreto lanzado, también se puede combinar con el drenaje superficial e interno (Fig. 6.37) y así mismo se puede tener una aplicación dela combinación

de todos los métodos de estabilización.

Figura 6.37 Estabilización de un terraplén mediante la aplicación de concreto lanzado y

drenaje superficial.

Geomallas

La búsqueda de materiales y tecnologías para obtener suelos reforzados

ha impulsado el desarrollo de un sistema a base de mallas de material sintético (Fig. 6.38), las cuales proveen resistencia a la tensión, la que combinada con

la resistencia del suelo a la compresión resultan en una estructura global con un comportamiento similar al concreto armado.

Los geosintéticos son materiales sintéticos que en los últimos años han tenido un gran auge en obras de ingeniería civil, particularmente en geotecnia


66

y protección ambiental. Los geosintéticos comprenden un conjunto de materiales poliméricos con características y funciones diferenciadas. Los

polímeros mas comúnmente utilizados en la confección de éstos materiales son el polipropileno, polietileno y el poliéster, los principales geosintéticos

disponibles en el mercado para su uso en obras geotécnicas se muestran en la Tabla 6.3. Tab. 6.3: Tipos de Geosintéticos.

Geotextil tejido Geo textil no tejido

Geogrilla Geomalla Geomembrana

Tiras Fibras Geodrenes Geocelulas Geocompuestos

Figura 6.38 Tipos de geosintéticos

El concepto de suelo reforzado tiene su gran momento con la aparición de

las Geomallas. Este producto plástico (elaborado a base de resinas poliméricas) de uso específico en ingeniería geotécnica para el reforzamiento de suelos, brinda características de comportamiento uniforme, limitada variabilidad y gran

duración.

Las geomallas están conformadas por una estructura manufacturada en forma plana que dan lugar a una red regular con todos sus elementos conectados de forma integrada, ya sea por extrusión, soldadura o tejido, cuyas

aberturas son usualmente mayores que los componentes del suelo natural y son usadas como refuerzos en obras de ingeniería geotécnica, ambiental,

hidráulica e ingeniería vial, Fig. 6.39.


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Figura 6.39g Estructura de un suelo reforzado con geomalla

Geomalla Unidireccional: Es una estructura plana producida a base de polietileno de alta densidad en un proceso de extrusión siguiendo un estiramiento en un

solo sentido (el que ofrece mayor resistencia a la tensión), Fig. 6.40.

Figura 6.40 Geomalla unidireccional

Geomalla Bidireccional: Es una estructura plana manufacturada en polipropileno, químicamente inerte y con características de uniformidad y homogeneidad,

producida en un proceso de extrusión siguiendo un estiramiento longitudinal y transversal ofreciendo igual resistencia en ambos sentidos, Fig.6.41.

Figura 6.41 Geomalla bidireccional


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El comportamiento de una geomalla se puede visualizar fácilmente si consideramos un elemento rectangular del suelo como parte de una masa de

suelo infinita. Sobre el se aplica una presión vertical Pv. El elemento se deforma y sobre él, se genera una presión horizontal debido a la reacción del

suelo adyacente (recordar el efecto del modulo de Poisson) y, por tanto, el elemento sufre una deformación. Ahora, si dentro del elemento se introduce una geomalla, se produciría una tracción en la geomalla debido al efecto

anterior y, por consiguiente, origina una presión horizontal Ph que contribuirá a reducir las deformaciones horizontales. Se concluye que un suelo reforzado

soportará mayores presiones verticales que un suelo sin refuerzo para las mismas deformaciones, Fig. 6.42a y 6.42b.

Figura 6.42a Elemento de suelo sin refuerzo y

Figura 6.42b Elemento de suelo con refuerzo

La naturaleza y la actividad humana han dado forma al la superficie terrestre en donde se tienen grandes inclinaciones o pendientes las cuales fueron formadas por la naturaleza y cuando se realizan obras civiles se realizan

cortes de taludes y que se encuentran en áreas donde se expone la vida de personal o de la misma infraestructura por ejemplo carreteras y zonas urbanas

principalmente y que la autoridad obliga a estabilizar el talud como lo estaba originalmente. En donde la geomalla nos permite como elemento de protección evitar la intemperización sobre el talud o la ladera y en combinación con algún

método de estabilización dar mayor seguridad a la zona afectada, Fig. 6.43.


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Figura 6.43 Colocación de geomalla en la estabilización de un talud

Los requisitos básicos considerados en la elección de un determinado geosintético, para ser utilizado como elemento de refuerzo en una obra

geotécnica, son los siguientes: resistencia y rigidez a tracción compatible,

comportamiento y fluencia compatible, resistencia y esfuerzos de instalación compatible y durabilidad compatible con la vida útil de la obra.

En la actualidad existen diversas empresas que se dedican a estabilizar

taludes, a través de geomallas, en donde de acuerdo a la experiencia han creado sistemas de acuerdo a sus necesidades, la empresa Marienred es una

de ellas la cual a continuación describe su producto que pone en el mercado. Marienred control de taludes es un sistema de doble malla que esta

formado por una sucesión de bolsones de 20 x 40 cm, que al ser llenados con una mezcla de tierra apta para la siembra de material vegetal, fertilizante y

semillas adecuadas, permite en un corto plazo que se implanten raíces en el talud a proteger. De esta forma se establece un efectivo y económico sistema de estabilización del suelo en taludes contra la erosión producida por la lluvia.

Se trata de un diseño resistente, flexible y único en su tipo .

Se usa en todo tipo de taludes y laderas de suelos desprovistos o que han perdido su vegetación, en que dada las características del suelo y precipitaciones, son susceptibles a la destrucción de taludes, debido a la

erosión causada por falta de vegetación.

Se usa para promover una protección vegetal y estabilización definitiva de los taludes en peligro de erosión por aguas lluvias.

El sistema que otorga una protección inmediata al suelo de forma sencilla de colocar; sólo necesita de mano de obra local sin preparación. Además por


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su gran resistencia y rapidez de manejo, es un sistema difícil de superar por otro método alternativo.

Productos como el anterior existen varios en el mercado de los cuales solo

se mencionó uno de ellos y como cualquier sistema de protección tiene su beneficios y desventajas. Un ejemplo de ello fue el talud estabilizado en el Poniente de la ciudad de México en donde se estabilizo a través de geomallas y

falló por falta de drenaje interno y superficial, Fig. 6.44. Posteriormente el talud se estabilizo haciendo cambios en su geometría y colocándole drenaje

interno y superficial ya que en época de estiaje se tenían escurrimientos considerables, Fig. 6.45.

Figura 6.44 Talud estabilizado con geomalla y que fallo por falta de drenaje

Geomalla destruida


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Figura 6.45 Talud estabilizado a través de drenaje interno y superficial con cambios en

su geometría, en el Poniente de la Ciudad de México.

Mallas de alambre

Las mallas de alambre también conocidas como mallas de guiado, son

sistemas de protección, se tienden desde la corona de la ladera, cubriendo toda la superficie hasta el pie. Su principal objetivo es evitar que los

desprendimientos caigan en caída libre y sean guiadas a el pie de la ladera o talud y sean retirados; evitando que afecten a la población o infraestructura (Fig. 6.46).

Las mallas que se ofrecen en el mercado son hexagonales de triple torsión de acero galvanizado y tienen capacidad para soportar bloques de gran peso.


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Figura 6.46 Solución de estabilización de desprendimientos con mallas de alambre

Las mallas de alambre no solo se pueden tender sobre el cuerpo de la

ladera o talud sino también se pueden construir gaviones y barreras estáticas en cualquier parte de la ladera, estas ultimas se colocan en la base o sobre la

superficie de la ladera, con el fin de interceptar y frenar los bloques. Suelen estar formadas por postes metálicos hincados o empotrados con una separación tal, a los que se fijan mallas metálicas resistentes para evitar que

los bloque desprendidos caigan y dañen la infraestructura a proteger. Al igual que los muros rígidos, pueden sufrir desperfectos por impactos de bloques de

peso mayor que para los que fueron diseñados, Fig. 6.47. El uso de este sistema no es muy común en nuestro país debido a nuestra

economía, pero en países como Estados Unidos, Japón, Alemania, Suecia, Inglaterra y otros países mas de primer mundo es muy usual su aplicación y se

ha tenido éxito en todos los casos. Las mallas de alambre se pueden utilizar en laderas o taludes de suelo o

roca, pero su desarrollo ha sido principalmente en laderas o taludes de roca donde los desprendimientos de bloques de roca intemperizada son mas

comunes, al igual que los sistemas de protección antes descritos también tiene sus ventajas y desventajas si su aplicación no es la correcta


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Figura 6.47 Barreras estáticas formadas por postes y mallas para protección frente a

desprendimientos de bloques

Sistema Terracon

Terracon es un sistema de protección que esta integrado por elementos prefabricados de concreto hidráulico que constituyen una estructura articulada sobre el cuerpo de la ladera.

Para el sistema terracon se requieren dos elementos básicos: Un larguero

de sección rectangular dimensionado para un peso manualmente soportable, reforzado con una varilla corrugada de acero y con perforaciones en sus extremos, un tabique cuadrado con espesor y ancho semejantes a los del

larguero y con perforación en el centro.

El sistema Terracon se ha utilizado con éxito en diversas aplicaciones a la protección y estabilización de taludes, terraplenes y laderas donde existe el riesgo potencial de fallas y deslizamiento del material. A demás ayuda al

crecimiento de la vegetación propia del sitio, Fig. 3.46.

El sistema fue diseñado principalmente para la protección de taludes o laderas en suelos, ye que el sistema nos permite el crecimiento de la vegetación propia de la zona u otro tipo de vegetación que pueda desarrollarse

in situó. El sistema a demás de proteger a la ladera del intemperismo da una mejor imagen a la zona.

El sistema terracon al igual que las mallas de alambre y la geomallas no son un método de estabilización, sino que en conjunto con cualquier método


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de estabilización dan la estabilidad a la ladera y como resultado incrementa el factor de seguridad.

Figura 6.48 Estabilización de una ladera con el sistema Terracon en la Delegación

Álvaro Obregón.

6.6 FACTOR DE SEGURIDAD ANTES Y DESPUÉS.

De acuerdo a lo descrito en el capitulo 2 en el inciso 2.2.1 sobre los

principios de los distintos métodos de análisis para el calculo de la estabilidad de una ladera. A continuación se expone el caso de la ladera fallada en la

Colonia la Aurora en el Municipio de Teziutlán en el Estado de Puebla en donde desafortunadamente perdieron la vida 101 personas y que la empresa SELASA obtuvo los siguientes resultados mediante el método de las dovelas a través de

un programa propio de la empresa.

Análisis de la ladera después de la falla

En la Figura 6.49 se presenta el perfil de la ladera fallada, la cual se

obtuvo de la planta topográfica presentada en el capitulo 8 en la Figura 8.6, en donde de la zona comprendida entre la elevación 1,906 y la definida por el panteón municipal era estable pero que con el paso del tiempo será inestable

en donde se la empresa SELASA realizó un análisis con la ladera actual y otro con la realización de dos cortes.

Se analizó la ladera de una forma sencilla a través del método de las

dovelas considerando las siguientes propuestas para su estabilización.


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Figura 6.49 Perfil de la zona de la ladera a estabilizar

De acuerdo con los datos obtenidos en los ensayes de laboratorio y el

levantamiento topográfico realizados por la empresa SELASA, se determinaron los datos que se presentan en la Tabla 6.4, los cuales se considerarán para su análisis a través del método de las dovelas, junto con los datos siguientes:

Datos Altura de la ladera: 14 m.

Angulo de inclinación del talud: 43° Tabla 6.4 Clasificación y parámetros de resistencia de los suelos muestreados en

la Colonia La Aurora.

El programa analizó 300 puntos en los cuales se encuentra el centroíde de

la circunferencia que propone la superficie de deslizamiento, en donde se


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obtuvo el punto mas desfavorable como se muestra en la Figura 6.50, dando como resultado los siguientes datos:

X = 6.65 m (a partir del hombro del talud)

Y = 3.00 m (a partir del hombro del talud) R = 17.94 m FS = 1.03

De acuerdo a los resultados anteriores, la ladera es inestable por lo cual

se requiere de estabilizarla. La propuesta de estabilización es la construcción de dos terrazas a 4.7 m.

de altura y un talud de 2:1, considerándose como la mejor alternativa ya que el coeficiente analizado menor es de 1.5, aunque se tendrá que retirar algunas

fosas del panteón a una distancia de 20 m a partir del hombro del la ladera como se muestra en la Figura 3.48 y 3.49.

Figura 6.50 Superficie de deslizamiento mas desfavorable


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Figura 6.51 Propuesta de estabilización por medio de terrazas

Estos fueron los resultados obtenidos del análisis del la ladera con la construcción de dos terrazas.

X1 = -1.65 m (a partir del hombro del talud) Y1 = 2.00 m (a partir del hombro del talud)

R1 = 14.3 m FS1 = 1.5

X2 = 10.35 m (a partir del hombro del talud) Y2 = 6.00 m (a partir del hombro del talud)

R2 = 13.7 m FS2 = 1.5


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7. RECOMENDACIONES DE CONSTRUCCIÓN, MANTENIMIENTO Y MONITOREO DE LAS OBRAS DE ESTABILIZACIÓN

En primer lugar y como requisito indispensable en los problemas de inestabilidad de laderas se deberá realizar un estudio de mecánica de suelos y

análisis de estabilidad por un especialista, de este modo se identificarán las principales causas y factores que determinan la inestabilidad de la ladera.

Posteriormente se seleccionara el método de estabilización mas

conveniente y en función de el método de estabilización seleccionado se podrán considerar las siguientes recomendaciones.

7.1 DURANTE LA CONSTRUCCIÓN

Incremento de la resistencia del suelo a través de la reducción de la presión de poro.

Durante la construcción de obras que nos permitan disminuir la presión

de poro que es uno de los principales factores que propician los deslizamientos debemos considerar el tipo de equipo, maquinaría y mano de obra que se

utilizara para la ejecución de los trabajos en campo. Para los sistemas de drenaje se debe construir con respecto a los estudios de hidrología (Intensidad

de lluvia), área a drenar, pendiente y longitud de la ladera y la naturaleza de los suelos.

Para la construcción de drenaje superficial especialmente las zanjas de corona, se recomienda que queden localizadas a lo largo de una curva de nivel

para un correcto drenaje y que se encuentren de tras de las grietas de tensión de la corona, generalmente se recomienda una sección rectangular para la construcción de estas.

La separación mínima recomendada de la zanjas construidas en la corona

es de tres metros del borde de la corona, según expertos. Los materiales con los cuales se pueden impermeabilizar los sistemas de drenaje superficial , puede ser concreto, geotextil, etc., así como se le debe de dar una pendiente

suficiente para el rápido drenaje.

En el caso del drenaje interno su ubicación es de gran importancia y debe de darse de acuerdo al estudio geotécnico previamente realizado para determinar las características del régimen de aguas subterráneas y de esta

forma colocar los drenes necesarios en el sitio mas adecuado.


79

Durante la construcción del drenaje interno es conveniente instrumentar la zona a estabilizar, para comprobar si los drenes colocados son suficientes

para el drenaje del agua y una forma de comprobar es colocando piezómetros abiertos de control que permiten medir el abatimiento del nivel de agua dando

al ingeniero información sobre la necesidad o no de colocar más drenes y esta forma estar seguros del incremento del factor de seguridad.

Es conveniente utilizar un filtro para evitar el taponeo de los sistemas con materiales que impidan el paso de las partículas finas del suelo a proteger y

permitir la rápida filtración del agua. Los materiales a utilizar pueden ser material granular natural filtrante y geotextiles, en donde se pueden obtener directamente de la zona a estabilizar (filtro natural), y con respecto a los

geotextiles estos se pueden encontrar con una gran diversidad en el mercado de geotextiles.

Durante la perforación para los drenes horizontales se debe prever que se

tenga la inclinación calculada ya que en una perforación de 60 metros de longitud se puede tener una deflexión de hasta dos metros por debajo de la inclinación requerida debido al peso del material. Como usualmente este tipo

de drenaje se realiza en suelos blandos, se recomienda emplear una tubería de revestimiento para su perforación, así ocurre con frecuencia la falla de las

paredes del filtro y en ocasiones se dificulta la colocación de la tubería del mismo. En los 3 a 6 metros más cercanos al borde del talud se debe emplear tubería no perforada y si es necesario se ancla en concreto de 1 a 2 metros de

tubería. Reducción de cargas mediante cortes y terrazas.

Como ya hemos mencionado anteriormente antes de iniciarse cualquier

proceso de corte debe realizarse un estudio de mecánica de suelos y calcularse la cantidad de material que se requiere remover con base en un análisis de estabilidad para un factor de seguridad propuesto, considerando el peso de la

maquinaria y equipo a utilizar.

La construcción de terrazas puede aumentar la amenaza de caídos, los caídos tienden a saltar en las bermas; sin embargo el diseño de bermas anchas puede ser útil para ciertos casos de caída, especialmente de residuos de roca.

Se recomienda realizar este tipo de obras durante época de estiaje, para que no sea mas vulnerable a la inestabilidad de la ladera, a través del incremento

del contenido de agua (saturación) y de esta forma disminuya la resistencia de los materiales provocando la falla o deslizamiento.

La planeación de las vías de acceso para realizar el corte de una ladera debe ser correcta, de manera que no se llegue a la falla provocando un

deslizamiento durante los trabajos. Después de la realización de cada corte es


80

conveniente utilizar medidas de protección y drenaje superficial para asegurar mayor tiempo de estabilidad.

Es recomendable tomar como frente de ataque la parte superior de la

corona, de arriba hacia debajo de manera que la remoción de material sea de la corona hacia el píe de la ladera y así evitar un posible deslizamiento. El método se puede usar prácticamente en toda clase de deslizamientos, pero es

eficiente sobre todo en los de tipo rotacional. Aumento de las fuerzas resistentes por bermas y contrafuertes.

Para poder aplicar el método de bermas se necesita tener suficiente

espacio frente al pie de la ladera, en donde se desarrollará la berma, se debe contemplar el costo que implica el movimiento de tierras y el material utilizado para su construcción, generalmente es el que se obtiene del corte la misma

ladera, cuando esto no es posible se tiene que buscar algún banco de materiales cercano lo cual implica un costo mayor.

Como el funcionamiento de una berma es incrementar las fuerzas

resistentes por medio del peso del material que se coloca al pie de la ladera,

por lo tanto es recomendable utilizar materiales densos y que se puedan compactar.

Para la construcción de contrafuertes el material utilizado (contrafuertes

de suelo o suelo-cemento) debe ser previamente analizado por medio de pruebas de laboratorio (estudios de mecánica de suelos) para definir el proceso de compactación, a demás que durante su construcción se debe considerar la

instalación de un sistema de drenaje adecuado para evitar las presiones que pueda generar el agua.

Aumento de las fuerzas resistentes por métodos estructurales

Uno de los elementos principales a considerar en el diseño y construcción de cualquier tipo de estructura de retención es la acción del agua, ya que el agua es uno de los principales elementos que provoca la falla de la ladera y de

la estructura por lo tanto toda estructura de retensión debe ser diseñada y construida con algún método de drenaje.

Para la construcción de muros de retensión se deben considerar los

siguientes factores que de no considerarlos se provocaría la inutilidad de estos.

Cuando se construyen muros al pie de la ladera o talud se debe tener cuidado al realizar la excavación para la construcción de la cimentación ya que al

realizar la excavación al pie se liberan esfuerzos en esa zona que no permiten el deslizamiento de la ladera y que de hacerlo se ocasionaría un deslizamiento.


81

Para la perforación en el sistema de anclajes en suelos, se recomienda que sea con la inclinación calculada ya que el peso de las barras del equipo de

perforación hace que tenga cierta deflexión y por lo tanto no se tenga la inclinación deseada. El numero de anclas y su capacidad dependen de las

fuerzas actuantes que se vallan a soportar en combinación con algún método de drenaje.

7.2 MANTENIMIENTO DE LAS OBRAS DE ESTABILIZACIÓN

El mantenimiento de las obras civiles juegan un papel muy importante

para su funcionalidad, y de esto depende que dicha obra sea positiva o negativa a la sociedad. Proporcionar un mantenimiento adecuado a las obras de estabilización de laderas es incrementar su vida útil, su correcta

funcionalidad y sobre todo la seguridad que brinda a la población. De acuerdo con la clasificación que en capítulos anteriores se ha hecho, daremos algunas

recomendaciones para el mantenimiento de las obras de estabilización.

Los trabajos de mantenimiento en las obras de estabilización nos permiten incrementar la estabilidad a través del drenaje del agua, ya sea superficial o subterráneo es muy importante que se aplique de acuerdo a

ciertos periodos de tiempo un mantenimiento adecuado, principalmente antes de la época de lluvia.

El drenaje superficial que se compone principalmente por zanjas o

canales, rampas o lavaderos, se debe observar que estén bien

impermeabilizados de cualquier material que impida las filtraciones a estratos mas profundos, también se debe cuidar la pendiente y que el área por donde

fluye el agua. Estas condiciones son las principales que deben cumplir dichas obras de estabilización, para lograr estas condiciones se debe de acudir al sitio por lo menos dos veces al año, estas visitas son antes y después de la época

de lluvia para dezasolvar los canales y evitar que el agua se estanque y se infiltre a estratos mas profundos.

La pendiente que debe tener el canal debe de ser favorable hacia puntos

de menor altura ya que muchas veces ocurren asentamientos a lo largo del

canal, que pueden provocar una pendiente desfavorable a la requerida para evacuar el fluido, provocando que en lugar de desalojarla se introduzca a la

zona de deslizamiento, también estos asentamientos generan agrietamiento a la obra de estabilización provocando que por los agrietamientos se infiltre el agua ocasionando inestabilidad a la ladera, esto se da principalmente cuando

el canal esta impermeabilizado con concreto.

En el drenaje interno se recomienda evitar la obstrucción de los drenes ya que si esto ocurre, el nivel Freático aumentará provocando ana disminución el


82

factor de seguridad. Es recomendable que los filtros se construyan con material bien graduado o geomalla para evitar el arrastre de las partículas finas, ya que

el acarreo de partículas finas es uno de los factores principales que provocan los deslizamientos debido a la erosión interna y la generación de cavidades.

En general para todo tipo de obra de estabilización se recomienda

mantener en buenas condiciones principalmente las obras de drenaje ya que todo tipo de obra de estabilización requiere de obras de drenaje, como lo hemos mencionado en capítulos anteriores sobre la importancia y el impacto

que ocasiona en la estabilidad de una ladera.

7.3 INSTALACIÓN Y SUMINISTRO DE SISTEMAS DE MONITOREO

La instrumentación geotécnica de las obras de estabilización tiene como finalidad determinar su comportamiento y funcionalidad para predecir su

evolución frente a cargas, movimientos, empujes y demás acciones. En lo que se refiere a la instrumentación de laderas y obras de estabilización en nuestro

país se tiene poca información; sin embargo, en este apartado se hará mención de algunas de las técnicas y equipos que existen, y que nos permiten observar el comportamiento de una ladera antes y después de ser estabilizada.

La planificación de un programa de instrumentación requiere del conocimiento de las variables a medir y el tipo de instrumentos a utilizar. Entre tales

variables a medir están:

Movimientos superficiales del terreno que puedan originar

agrietamientos y abultamientos. Movimientos en el interior del suelo para definir la superficie de falla.

Presiones intersticiales y sus variaciones. Empujes del suelo sobre elementos de contención.

Desplazamientos y agrietamientos en elementos de contención.

La frecuencia en las lecturas y la recolección de datos depende de las

magnitudes a medir y de la velocidad del proceso a controlar. Las lecturas pueden ser manuales o automáticas. Las primeras están indicadas en los casos

en que el número de sensores o puntos de registro sea pequeño, la periodicidad en la toma de datos puede ser variable según las condiciones de acceso y las variaciones del clima.

La elección del sistema automático de toma de datos esta condicionada

por el número de sensores y características de los mismos, frecuencia de lecturas, número de datos a procesar, rapidez con la que ha de realizarse el procesamiento e interpretación, situación y accesibilidad del lugar y ubicación

de los sensores. En la actualidad existen sistemas automáticos que permiten monitorear en tiempo real.


83

Medida de desplazamientos superficiales y a profundidad

Para el control de movimientos entre puntos situados ya sea en la

superficie o en el interior del subsuelo o de las obras de estabilización existen

diferentes métodos, técnicas y equipos. Estos pueden ser con aparatos de adquisición de datos de lectura mecánica o electrónica para tener una mayor

precisión de los datos que se puedan obtener, que a su vez nos permita llevar un control sobre la evolución del desnivel y abertura de las grietas con respecto al tiempo.

Monitoreo superficial con cinta, nivel y dispositivos automáticos y

semiautomáticos.

Este es quizás una de las técnicas de monitoreo mas sencillas y de bajo

costo que se utiliza para medir la magnitud de los movimientos locales y superficiales de una masa de suelo o roca; particularmente se utiliza para dar

seguimiento con el tiempo a la abertura y desnivel que experimentan grietas que se generan en los hombros de laderas antes de su falla al igual que nos permiten medir la abertura de los agrietamientos del suelo también nos

permite medir los movimientos y agrietamientos en muros de contención principalmente. Es conveniente mencionar que todo sistema de monitoreo

debe prevenir a al población por medio de alarmas cuando los sistemas de estabilización o la ladera antes de que lleguen a fallar; por lo tanto todo

sistema de monitoreo debe estar conectado a una alarma. En la actualidad podemos encontrar equipos muy sofisticados difíciles de

operar hasta equipos manuales que nos permiten obtener resultados de una manera muy sencilla, como se muestra en las Figuras 7.1a y 7.1b.

a)


84

b) Figura 7.1 Uso de equipo de medición de movimientos superficiales: a)regletas

deslizantes, b) cinta extensometrica Métodos geodésicos

Este tipo de métodos permite medir movimientos horizontales y

verticales, obteniendo una precisión media del orden de un centímetro en

donde se pueden utilizar tres sistemas: Triangulación: medidas de ángulos desde dos o más bases fijas.

Trilateración: medidas de distancias desde tres o mas bases fijas. Poligonación: medida de ángulos y distancias desde al menos tres bases

fijas.

Nivelación

Con este método se miden movimientos verticales obteniendo precisiones de hasta un milímetro en periodos de un kilómetro. La medida de dichos

movimientos se efectúa respecto a bases de referencia fijas, y el procedimiento de lectura y procesamiento de datos es rápido y sencillo. Colimación

Con este método se miden movimientos horizontales perpendiculares al

plano de colimación. La medida de movimientos horizontales de los puntos de control se realiza respecto a un plano vertical de colimación fijo. La precisión obtenida es alta, de orden milimétrico y el procedimiento, tratamiento de datos

rápido y sencillo. Inclinómetros

Los inclinómetros constituyen uno de los principales métodos de

investigación de deslizamientos y, en general, del control de movimientos


85

transversales a un sondeo. Consiste en la medida de inclinaciones en diversos puntos del interior de un sondeo mediante una sonda que transmite una señal

eléctrica proporcional a la inclinación (Fig. 7.2). Las diferencias entre las medidas realizadas en diversos puntos y los tiempos en que se toman las

medidas, permiten conocer y cuantificar los movimientos transversales al sondeo.

En este caso el método es muy valioso ya que nos permite identificar los movimientos de la superficie de falla de una ladera inestable y que ha sido

estabilizada con algunos métodos mencionados en capitulo 3 en periodos de tiempo. A través de los datos proporcionados por este equipo podemos evaluar si efectivamente el método de estabilización fue el correcto y que su

funcionalidad es correcta.

El costo del equipo no es de aproximadamente 20000 pesos, es practico ya que es portátil y no se tiene que dejar en el sitio de observación.

Figura 7.2 Inclinómetro.

Deformaciones en pozos y obturación

Otros métodos para detectar desplazamientos o estimar la profundidad de

superficies de falla es la observación de la deformación en pozos con

revestimiento discontinuo, donde se puede medir aproximadamente la cota de deformación o rotura, la cual nos indica la superficie de falla y la introducción

de un tubo testigo metálico de poca longitud (2.5 - 4.0 cm) en el fondo de un sondeo entubado, en el que se mide la profundidad a la que queda interceptado dicho tubo cuando se corta o deforma el sondeo, Fig. 7.3.


86

Figura 7.3 Observación de deformaciones laterales en pozos de control

Medida de presiones intersticiales

Como hemos mencionado en capítulos anteriores la importancia de reducir la presión de poro en la masa de suelo, es conveniente comentar acerca de los distintos dispositivos y equipos para medirla antes y después de

estabilizar una ladera y de este modo verificar que efectivamente el método funciona y que se ha llegado a el objetivo planteado.

Tubería piezométrica ranurada

Consiste en la instalación de una tubería de PVC, ranurada y abierta en sus dos extremos, colocada a lo largo del sondeo (Fig. 7.4). En el interior de la tubería se mide la altura que alcanza el agua, generalmente después de la

perforación y a lo largo de dos días o periodos más largos.

La altura medida representa la profundidad del nivel freático, que corresponderá a la altura piezométrica sólo si el terreno atravesado es un acuífero libre, en régimen estacionario, de alta permeabilidad, homogéneo e

isótropo. Deben tenerse en cuenta estas condiciones con el fin de no interpretar erróneamente niveles freáticos.


87

Figura 7.4 Tubería piezométrica ranurada

Piezómetro abierto

Consiste en aislar un tramo de sondeo , mediante tapones bentoníticos, e

instalar una tubería ranurada, exclusivamente en el tramo citado y abierta en su extremo superior, midiendo la altura del agua correspondiente a dicho tramo o altura piezométrica del mismo (Fig. 7.5).


88

Figura 7.5 Piezómetro abierto

Piezómetros eléctricos

El piezómetro eléctrico consiste en instalar un sistema de lectura o

transductor en un punto aislado de un sondeo, registrando la presión

intersticial en dicho punto que se transmite a una unidad de lectura situada en el exterior del sondeo (Figura 7.6 y 7.7)

Este tipo de piezómetro se utiliza en terrenos poco permeables debido a

que su tiempo de respuesta es corto. Permite además medir las lecturas de las

presiones intersticiales en varios puntos o niveles de la profundidad del sondeo. Tiene la ventaja de no quedar dañado por los posibles movimientos

del terreno. Sin embargo su costo es mayor que el de los piezómetros abiertos.


89

Figura 7.6 Piezómetro electrico.

Figura 7.7 Piezómetros electricos con transductores de cuerda vibrante

Medida de presiones

La medida de presiones debidas a cargas o empujes, tanto del terreno

como de las estructuras, se realiza mediante celdas de presión total. En el caso

de medidas de tensiones o cargas transmitidas a anclajes se utilizan celdas de carga.

Celdas de presión total


90

Esta nos permiten medir la presión que genera el suelo sobre los elementos de contención o retensión y consisten en dos placas de acero

soldadas rellenas en su interior de un fluido de tipo aceite o mercurio (Fig. 7.8 y 7.9). La presión que el terreno ejerce sobre las celdas es transmitida por el

fluido hasta un transductor de presión que puede ser neumático, hidráulico o eléctrico.

Figura 7.8 Esquema de celda de presión total

Las celdas de presión total se aplican en terraplenes experimentales para

control de precargas, estructuras de retensión y revestimiento de túneles, de esta forma podemos verificar si el muro de retensión están funcionando

adecuadamente o simplemente es un elemento mas de inestabilidad para la ladera.

Figura 7.9 Instalación de una celda de presión total durante la instrumentación del

puente impulsora en la C D de México (Cortesía del CENAPRED e II-UNAM)

Celdas de carga


91

Por la forma en que están diseñados estos dispositivos se utilizan

principalmente para medir las fuerzas de anclaje de la reacción entre el suelo y la cabeza de la ancla (Fig. 7.10). Estas celdas pueden ser de varios tipos:

Mecánicas: las deformaciones se miden directamente con un

comparador.

Hidráulicas: las deformaciones se miden con celdas que contienen una cámara de aceite y que transmiten la carga a un transductor

Eléctricas: son celdas cilíndricas metálicas cuya deformación se transmite a sensores eléctricos.

Figura 7.10 Celdas de carga de cuerda vibrante


92

8. EXPERIENCIAS DE ESTABILIZACIÓN DE LADERAS EN MÉXICO.

8.1 ANTECEDENTES

La población de nuestro país esta expuesta frecuentemente a la

ocurrencia de movimientos súbitos pendiente abajo de suelos y rocas, que se desprenden de laderas naturales. En la mayoría de los casos, los detonadores

de los deslizamientos catastróficos son las precipitaciones intensas, la actividad sísmica y la actividad volcánica o la combinación de ellas. Desde luego, estos eventos pueden resultar más desastrosos cuando suceden en áreas pobladas y

de mayor desarrollo, en las que se conjunta la topografía, características geológicas y geomorfológicas proclives, así como propiedades mecánicas de los

materiales propensas a la falla. La mayoría de los deslizamientos que han impactado negativamente a nuestro país, esta asociada a inestabilidades en suelos y rocas suaves, provocados por lluvias intensas y prolongadas.

En la Figura 8.1 se muestra un esquema que ilustra las zonas mas

propensas a los deslizamientos de laderas en el territorio mexicano. La figura fue preparada tomando en cuenta las características de las diferentes provincias fisiográficas, la geomorfología, los estudios sobre los diferentes

climas en todo el país, así como las condiciones ambientales que proporcionan en distintos grados , el intemperismo de las formaciones geológicas

involucradas, la edafología y la distribución de vertientes, ríos y cuencas hidrológicas. Se dio especial atención a las condiciones geológicas y a la precipitación pluvial. En busca de la identificación de las zonas de mayor

peligro se superpuso toda la información mencionada, analizando la problemática tanto por ausencia como por presencia de agua.

La ocurrencia de deslizamientos en nuestro país de una u otra forma

afecta a la población, no solo con perdidas económicas sino también perdidas humanas, para lo cual en este capitulo retomaremos como ejemplo dos deslizamientos que han sido documentados en donde se tienen como mayor

perdida la integridad del hombre el caso de el flujo de suelos y rocas ocurrido en la colonia La Aurora, Municipio de Teziutlán, Puebla durante las lluvias

intensas que azotaron la Sierra Norte en 1999 considerado como el desastre de la década. El segundo caso que analizaremos es uno de varios deslizamientos ocurridos durante la construcción de la Autopista Tijuana – Ensenada ubicada

al noreste de nuestro país en la Península de Baja California.

En la Tabla 8.1 se presentan algunos casos de deslizamientos documentados que han ocurrido en diferentes estados de la Republica Mexicana; algunos de ellos causaron daños económicos y pérdidas humanas


93

importantes para la época en que se produjeron. La información se obtuvo de

fuentes como artículos escritos por la Comisión Nacional del Agua, Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Comisión Federal de Electricidad, Instituto

de Ingeniería e Instituto de Geografía de la UNAM, Diarios de circulación nacional y local, Unidades de Protección Civil y el Centro Nacional de Prevención de Desastres.

Tabla 8.1 Reseña histórica de los principales flujos de lodo registrados en

México.

No. Fecha Estado Municipio Descripción

1 15–Enero-1920

Veracruz Cosautlán 300 muertos por flujos de lodos.

2 27-Septiembre-1990

Chihuahua Chihuahua 15 derrumbes provocó la tromba, 45 muertos, 200 desaparecidos y 5000 damnificados

3 10-

Septiembre-1990

Distrito

Federal

Anillo periférico Inundaciones, flujo de lodos y deslaves

las aguas traían piedras y tierra que azolvaban el drenaje

4 08-Marzo-1993

Baja California Sur. y Sinaloa.

Cabo San Lucas Las lluvias registradas provocaron deslaves y derrumbes e inundaciones en carreteras. En Cabo San Lucas una unidad habitacional fue sepultada por

lodo

5 07-Enero-1993 Baja California

Tijuana Durante el paso de las avenidas, el agua alcanzo hasta 4 metros de altura, en 2.5 horas. La lluvia acumulada en 24 horas fue de 86. 90 mm,

correspondiente a un periodo de retorno de 50 años

6 09/10-Noviembre-

1997

Guerrero Acapulco El huracán Pauline generó lluvias que causaron flujos de lodo

7 09-Septiembre-1997

Jalisco Lago de Chapala Tromba en la rivera Norte del Lago, el fenómeno natural trajo consigo un arrastre de piedras y lodo

8 10-Septiembre-

1997

Baja California

Tijuana El volumen arrastrado por la avenida, en la cuenca “Aguaje de la Tuna”, fue

de 38000 m3. La profundidad del agua fue de 1.50 metros y la inundación duró 2 horas.

9 09-Septiembre-

1998

Chiapas Motozintla, Villa Comaltitlán,

Pijijiapan, Valdivia

Desbordamiento de los ríos Huixtla y Pijijiapan. Avalanchas de lodo a causa

de las fuertes lluvias arrastrando todo a su paso.

10 25- Baja Tijuana Dos muertos deja la sexta tormenta


94

Septiembre-1998

California provocada por el fenómeno de El Niño, la lluvia provocó derrumbes de piedras

y lodo, ocasionando el cierre de la autopista Tecate-La Rumorosa.

11 05-Junio-1999 Puebla Teziutlán Lluvias torrenciales ocasionan fuertes deslaves en la zona norte de Puebla y

Veracruz, los daños mas severos en Teziutlan. Aproximadamente 300

muertos entre diferentes regiones.

12

11/12-junio-del-2003

Morelos Tepoztlán, Cuernavaca, Zochitepec,

Yautepec, Emiliano Zapata, Tlauquitenango, Tlaltizapan y Jiutepec

Debido a las fuertes lluvias ocurrieron desprendimientos en laderas, inundaciones en terrenos de cultivos y

en la zona urbana el nivel del agua alcanzo hasta 1.5 metros en algunas viviendas causando varias familias damnificadas y no hubo perdidas humanas.

13 21-Febrero-

2003

Baja

California

Col. Cumbres del

Rubí y la Col. Ignacio Ramírez, Delegación San

Antonio de los Buenos, Tijuana

A causa del deslizamiento 77 viviendas

que se encontraban ubicadas en el cuerpo de la ladera sufrieron daños estructurales, afortunadamente no

hubo perdidas humanas gracias al oportuno seguimiento de los movimientos de la ladera por las

autoridades de Protección Civil y de esta forma se pudo evacuar a los moradores de la vivienda.

14 21 Enero-2003 Colima Tecomán Los daños causados a las estructuras se dieron principalmente a causa del sismo de magnitud 7.6 en escala de

Richter; no hubo daños a causa de problemas geotécnicos debido a que los deslizamientos y la licuación de suelos se dieron principalmente en zonas no pobladas.

15 Agosto- Octubre-2004

Guerrero Col. Buena Vista, Municipio de Tlapa de Comonfort

Debido a los movimientos de del la ladera noreste del Cerro Colorado se han tenido afectaciones a viviendas las cuales han sido evacuadas por elementos de Protección Civil afortunadamente no a habido perdidas humanas.


95

Figura 8.1 Inestabilidad de laderas en México (Diagnostico de peligros e identificación

de riesgos de desastres en México CENAPRED).

8.2 DESLIZAMIENTO Y FLUJO DE SUELOS Y ROCAS EN LA COLONIA LA AURORA

Debido a las intensas lluvias ocurridas durante el mes de Octubre de 1999

en nuestro país, se tuvieron deslizamientos y flujos de suelo principalmente en laderas naturales en la Sierra Norte del estado de Puebla.

En la Colonia La Aurora perteneciente al Municipio de Teziutlán en la Sierra Norte en el Estado de Puebla ocurrió un deslizamiento en el que

lamentablemente perdieron la vida 110 personas, en el cual se describirá la forma de estabilización de dicha ladera. Asociadas al mismo temporal del año, sucedieron inestabilidades de laderas e inundaciones en otras regiones de el

estado de Puebla, así como en Hidalgo, Veracruz, Tabasco, Chiapas, Estado de México y la propia ciudad de México.

En la ladera que se tiene en la parte posterior del cementerio municipal,

ubicado en la Colonia La Aurora, como a las diez de la mañana del martes 5 de

Zonas potencialmente inestables


96

Octubre de 1999 ocurrió un deslizamiento de suelos que abarco incluso unos

15 metros del panteón, cerca del hombro del deslizamiento. El talud tenia una pendiente moderada de aproximadamente 23°, en la Figura 8.4 ,se presenta

una vista aérea del deslizamiento. Como se nota, la masa fallada dejó al descubierto totalmente la superficie de deslizamiento, ya que al disgregarse y mezclarse el suelo con la gran cantidad de agua que estaba acumulada, dio

como resultado un fluido franco que se vació pendiente abajo (M. J. Mendoza e I. Noriega 2001) . En la ladera existían casas habitación, y como se había

establecido la suspensión de clases escolares y otras actividades en la ciudad llovía desde el domingo en la noche, la gran mayoría de sus moradores se

encontraba en esas viviendas, al igual que los que ocupan otras al pie de la ladera; desdichadamente, como ya se mencionó, esta inestabilidad produjo poco mas de un centenar de perdidas humanas.

Localización

La ciudad de Teziutlán está localizada en el estado de Puebla (Fig. 8.2 Y

8.3) a una altitud media de 1880 msnm, con coordenadas 19°21’06’’ longitud

oeste, en la Sierra Norte del Estado de Puebla donde se encuentra la colonia La Aurora. Cuenta con una población aproximada de 120,000 habitantes, con

información proporcionada por el INEGI.

Figura 8.2 Localización del Municipio de Teziutlan en el estado de Puebla, en la

Republica Mexicana.


97

Figura 8.3 Plano de la Ciudad de Teziutlán (localización de la zona del deslizamiento)

Descripción Geomorfológica

De manera simplificada puede decirse que la ciudad de Teziutlán esta asentada en su parte céntrica en una meseta, dentro de un entorno de lomeríos con pendientes variables. Sin embargo, hacia el oriente y hacia el

poniente de la ciudad, principalmente, esta porción mas o menos plana se convierte en laderas naturales con pendientes moderadas, en algunos casos, y

en acantilados francos con pendientes muy escarpadas, en otros. Al fondo de las barrancas ahí formadas, corren los ríos Xoloco y Calvario, mismos que siguen predominantemente una dirección del suroeste al noreste, como el

resto de los escurrimientos de la región.

En la zona prevalecen materiales rocosos de origen volcánico, principalmente tobas y brechas, las que se aprecian con una cementación media. Se trata en general de rocas ígneas extrusivas del Cuaternario, que

pertenecen al Eje Neovolcánico Mexicano. Se aprecian también derrames basálticos provenientes de conos volcánicos ubicados al sur de la ciudad. De

manera diferencial, estas rocas suaves dan origen a suelos residuales, resultado de la descomposición de esos productos rocosos jóvenes, debido a el clima templado húmedo con lluvias prácticamente todo el año, que prevalece

esta región.

Análisis del deslizamiento en la colonia La Aurora

La masa fallada del deslizamiento tuvo un movimiento con cierto componente de rotación en su porción cercana a la corona (M. J. Mendoza e I.


98

Noriega 2000), pero pendiente abajo predomina el de traslación. En la Figura

8.4 se presenta el perfil de deslizamiento por su eje longitudinal, alcanzando su proyección en planta una longitud máxima de 100.5 metros. Como se

aprecia, la superficie de deslizamiento es bastante somera, mayormente hacia el píe, se cuantificó que la profundidad desde el terreno natural hasta la superficie de deslizamiento es de 4.4 metros hasta una profundidad máxima de

5.4 metros.

Figura 8.4 Perfil del deslizamiento “La Aurora” por su eje longitudinal

La superficie de deslizamiento tuvo la forma que corresponde a la de una

mitad de un embudo, Figura 8.5, la que es característica de las fallas en que se

“fluidifica” el suelo, reduciéndose en general, pendiente abajo, el área transversal. El volumen cuantificado (M. J. Mendoza e I. Noriega, 2000)de la masa removida fue de 7,350 m3 (M. J. Mendoza e I. Noriega, 2000) que si bien

no fue un volumen tan grande, si fue de gran impacto.

Figura 8.5 Vista aérea del deslizamiento en la Col. La Aurora, Teziutlan, Puebla

Propiedades de los suelos fallados


99

El muestreo inicial se realizó (M. J. Mendoza e I. Noriega, 2000) a 20 cm

de la superficie de falla; permitió realizar una determinación preliminar de

pruebas índice. Fue así posible conocer a los materiales en la condición mas cercana en espacio y tiempo a los de falla sus datos se incluyen en la Tabla

8.2.

El contenido natural de agua alcanzó un valor medio (resultado de cuatro

determinaciones) de w= 97.8% (M. J. Mendoza e I. Noriega, 2000). Con esta información, resultado de ensayes muy simples, pudo constatarse que el suelo

del talud tenia un contenido de natural de agua ligeramente superior al límite líquido, lo que definiría que en condición remoldeada este suelo se encontraría con una consistencia propia del estado semilíquido; esto es, con una

resistencia cortante muy baja. Sin embargo, en condición natural inalterada guardaba cierta consistencia, dada la estructura adquirida durante su vida

geológica. Tal estructura, parece, es muy sensible al remoldeo, lo que provocó el flujo. Tabla 8.2 Consistencia de los suelos, a seis días de su falla.

Propiedad índice A partir de su wn Con secado previo al horno

Limite líquido, wL 97.0% 61.1%

Límite plástico, wP 59.1% 49.3%

Índice plástico, PI 37.9% 11.8%

Índice de fluidez, IL 1.02

IL = (wL- wp)/PI

Una muestra de este suelo (M. J. Mendoza e I. Noriega, 2000) se sometió a tamizado por vía húmeda, encontrándose que 94% del total del peso pasa la

malla No. 200 (.074 mm), y que el 100% de sus partículas es de dimensiones menores de 1 mm. Puede señalarse que el material de la porción. Atendiendo a estos datos, puede señalarse que el material de la porción alta de la ladera

es un suelo fino que se clasifica según el S. U. C. S., como un limo de alta compresibilidad (MH) (M. J. Mendoza e I. Noriega, 2000). No obstante esta

clasificación ingenieril, se estima que mineralógicamente hablando se trata de una arcilla y posiblemente con una porción alófanos o amorfos (Birkeland, 1974), a juzgar por la sensibilidad que exhibe al secado (Mendoza, 1985). La

densidad de sólidos en la muestra es Gs = 2.71, y su peso volumétrico total

natural, gt = 1.326 g/cm3

Propuestas de estabilización

Para la estabilización de la ladera se contrató a la empresa SELASA de Puebla la cual propuso dos formas de estabilización basados en el movimiento

de suelo (construcción de terrazas) y mediante medidas de protección (sistema Terracon) la cual fue elegida.


100

Es importante mencionar que la decisión que se tomo para la estabilización de la ladera fue basada principalmente en que la ladera actual es

estable ya que la superficie de falla es la frontera entre la masa de suelo estable e inestable por lo tanto al deslizarse la masa inestable queda la masa de suelo estable.

La empresa SELASA de Puebla, llevo acabo un estudio de mecánica de

suelos a partir de la superficie de falla con la cual se determino el tipo de suelo, sus propiedades índice y sus propiedades mecánicas donde el tipo de

suelo predominante es un limo de alta compresibilidad (MH), como se muestra en la Tabla 8.5, que generalmente presenta una baja resistencia al esfuerzo cortante (sobre todo cuando el suelo presenta condiciones de saturación).

A partir de las propiedades índice y mecánicas del suelo obtenidas de los

sondeos del tipo a cielo abierto (PCA) y de penetración estándar (SPT), los cuales se localizan en el orden como se muestra en la planta topográfica de la Figura 8.6, también se revisó la estabilidad de la ladera por medio del método

de Bishop como se mostró en el capitulo 2, recurriendo además a la información topográfica proporcionada por la Secretaría de Medio Ambiente y

Recursos Naturales (SEMARNAT) se revisó la estabilidad del talud.

Figura 8.6 Planta topográfica de la zona de la ladera que se estabilizo.

De acuerdo con los resultados del análisis de estabilidad de la ladera obtenidos en el subcapitulo 6.6, se propuso estabilizar el talud por medio de métodos de movimiento de tierra formando terrazas, la cual es una opción

viable para la estabilización del mismo, en donde se proponen dos soluciones.


101

La primera consideración se basa en construir una sola terraza a 7.00

metros del pie del talud, con elevación aproximada de 1,913.00 metros, como se observa en la Figura 8.7, los cálculos de estabilidad del talud se realizaron

el método de las dovelas, verificándose que es estable, ya que el valor de el factor de seguridad (FS) es de 1.03 > a 1.

Figura 8.7 Propuesta para la estabilización de la ladera en la Col. La Aurora

Se propuso una segunda opción con dos terrazas a 4.70 metros, de altura y un talud de 2:1 considerándose la mejor alternativa ya que el coeficiente de

seguridad es menor a 1.50, donde los datos se presentan en el capitulo 3, en el inciso 3.6.

Un talud de suelo no puede considerarse estable por tiempo indefinido, ya que tarde o temprano esta estabilidad se pierde debido a los agentes naturales

tales como filtraciones, presión hidrostática, intemperismo y erosión. Para la aplicación de dicho método de estabilización se verificará la

posibilidad de construir una vía de acceso a la zona en estudio, ya que el material resultado del corte será necesario retirarlo de la zona.

Desafortunadamente para el caso que nos ocupa, aunque las primeras

condiciones se contemplaran, la última podemos ver sin duda que no se cumpliría ya que la falla producida presentó las características propias de un deslizamiento por flujo plástico del material, propiciado por la saturación del

suelo en un periodo de tiempo no determinado y desencadenado por las lluvias intensas que azotaron el lugar.

Desde el punto de vista económico, la construcción de terrazas presenta

un elevado costo por el gran volumen de movimiento de tierras, considerando

además la necesidad de construir un camino de acceso a la obra, con posibilidad de causar la falla las laderas de a lado. Y desde el punto de vista

social político es inapropiado pretender un desalojo y traslado de tumbas y restos que se encuentran en la corona.


102

Propuesta de rehabilitación por medio del sistema Terracon

De acuerdo a lo descrito en el capitulo 6 en el apartado 6.5, donde se

describe el funcionamiento del sistema Terracon; cabe mencionar que el sistema por si solo no funcionaría si no de lo contrario este podría provocar la

falla de ladera, sin embargo el sistema funciona gracias a la construcción del sistema de drenaje superficial que no permite la infiltración de los escurrimientos superficiales durante la época de lluvias ya que el agua es el

factor principal que provoca la inestabilidad. Desde el punto de vista técnico el muro conformado por los elemento de concreto del sistema terracon permite la

protección a la ladera contra la erosión principalmente. La construcción del sistema de drenaje superficial esta basado en

colectores que se construyeron en el cuerpo de la ladera; el funcionamiento del sistema en la actualidad es correcto ya que durante una visita al sitio en el

mes de Octubre del 2004 se constato que los canales interceptan el agua que a su ves se descarga en el Río Xoloco que se encuentra al pie de la ladera.

Es importante mencionar que una de las laderas vecinas a la ya deslizada tienen una probabilidad alta de fallar, desafortunadamente habitantes que

fueron reubicados después del deslizamiento han regresado a habitar sus casas que no quedaron destruidas totalmente y que corren peligro si es que llegara a

fallar la ladera. Por tal motivo el Centro Nacional de Prevención de Desastres ha tomado como una opción, la instrumentación de dicha ladera para observar su comportamiento.

A continuación se presentan imágenes durante los trabajos de

estabilización, proporcionada por la empresa SELASA:

Figura 8.8 Construcción de los sistemas de drenaje superficial


103

Figura 8.9 Acabado final de la ladera con el Sistema Terracon

Después de la estabilización se decido realizar visitas al sitio para observar el funcionamiento del sistema de estabilización y el comportamiento

de los materiales que componen la ladera, en donde se a determinado que los materiales que se tienen el la parte de la corona son diferentes a los de la parte de en medio y la parte inferior, también que la resistencia del suelo que

se ha obtenido a través de pruebas in situó por medio del PANDA se ha determinado que no existe diferencia entre la visita del año 2003 y la del 2004,

en el sitio se tiene crecimiento de la vegetación, y que el funcionamiento del sistema de drenaje es adecuado ya que la diferencia entre el contenido de humedad durante las dos visitas ha sido mínima.

El mantenimiento que se le ha dado a los canales ha sido adecuado

debido a que la población se ha encargado de dar servicio a estos por lo menos una vez al año, principalmente antes de cada aniversario del siniestro, Figura 8.10.


104

Figura 8.10 Vista de la estabilización de la ladera 5años después de la estabilización

8.3 ESTABILIZACIÓN DE LADERAS EN LA AUTOPISTA TIJUANA-ENSENADA.

En este apartado se presenta una descripción general de uno de los muchos trabajos que se han realizado para tratar de estabilizar los

deslizamientos que año con año ocurren en la autopista Tijuana-Ensenada. Desde su inicios de su construcción el tramo que comprende desde el kilómetro

12+000 hasta 22+000 han pertenecido a una serie de deslizamientos que no permitían la conclusión de la autopista y que aun en la actualidad presenta algunos movimiento de acuerdo al monitoreo realizado por la Secretaría

Comunicaciones y Transportes.

En la zona de los deslizamientos se tienen temperaturas promedio que van desde los 16.4 °C a los 22.6°C, con un clima seco templado y una precipitación promedio anual de 100 a 200 mm en donde el periodo de lluvias

normalmente abarca de Noviembre a Marzo. De acuerdo a los estudios realizados la SOP el clima era el factor mas importante para que ocurrieran los

deslizamientos, debido a las intensas lluvias principalmente.

Localización

El tramo de 10 kilómetros donde ocurren los deslizamientos esta en el

paralelo 32° norte y en el meridiano116.8° oeste, entre el kilómetro 16+000 y

Protección

de la ladera con el Sistema Terracon

Drenaje superficial (Canales interceptores a

mitad de la ladera)


105

22+00. En la Figura 8.11 se indica la ubicación del sitio, localizado en el

noroeste de nuestro país, en la Península de Baja California.

Figura 8.11 Mapa de México mostrando la ubicación Autopista Tijuana-Ensenada

Breve descripción geológica de la zona

De acuerdo con estudios geológicos realizados por la SOP (SCT), la mitad norte de la Península en general está formada por rocas ígneas intrusivas,

graníticas del Cretácico (Fig. 8.12). A ambos lados tiene llanuras costeras, cubiertas por rocas sedimentarías y volcánicas, excepto la gran delta del Río Colorado que esta cubierto por depósitos aluviales.

Figura 8.12 Mapa geológico de la parte norte de la Península de Baja California

SIMBOLOGIA

MI Intrusivas graníticas del Mesozoico

Q Depósitos de aluvión, medianos y

salitrales del Pleistoceno y Resiente.

Tc Rocas Clásticas de origen aluvial y lacustre del Terciario Continental.

M Rocas clásticas del Mesozoico No

Diferenciando.

M met. Rocas Metamórficas,

principalmente del Mesozoico y tal vez mas

más antiguas.

Cmv Derrames de lava, brechas y

tobas andesíticas y ríoliticas del Cenozoico

Medio Volcánico. Facie Continental.

Ks Rocas del Cretácico Superior de facie marina y continental.


106

En el área que cruza la autopista (Tijuana-Ensenada), entre el kilómetro 12 y 22, se distinguen cuatro unidades geológicas, cuyos contactos se indican

en la Figura 8.13.

Figura 8.13 Mapa fotogeológico del tramo de falla

Con base en los resultados obtenidos en los estudios geotécnicos, se

determino que dentro de la zona donde hoy ocurren los deslizamientos, existían ya otros mas antiguos, que por sus características geológicas podrían

activarse nuevamente y causar problemas.

No obstante lo anterior y en virtud de las razones que impulsaron a construir el camino, las autoridades que realizaron su planeación, decidieron aceptar los riesgos previstos, aún sabiendo que en el corto y mediano plazo se

tendrían que realizar trabajos de instrumentación y estabilización para que la autopista este en condiciones optimas.

Como se había previsto, antes de terminar el camino empezaron a

manifestarse los primeros deslizamientos, específicamente en los kilómetros

16+000, 19+300 y 20+500 (Figura 8.18), indicándose en rigor en ese año las primeras investigaciones tendientes a estudiar su mecanismo. En donde

tomaremos como caso particular el deslizamiento del kilómetro 16+000. Deslizamiento en el Km. 16+000

Uno de los primeros deslizamientos que se manifestó después de concluir

la autopista fue el del Km. 16+000, ocurriendo el colapso súbitamente en el

mes de Mayo de 1967. La Figura 8.14 es una vista aérea de la falla antes del

19+300

20+500

16+000


107

deslizamiento, en ella puede apreciarse el terraplén en balcón que

posteriormente falló. El deslizamiento arrastró el cuerpo del camino, mostrado con una línea punteada en la Figura 8.14, impidiendo la circulación a unos días

de que estuviera en servicio la autopista. El deslizamiento ocurrió un mes y medio después de la época de lluvias, cuando la acción del agua infiltrada en el terreno es muy importante, para le estabilidad del terraplén en balcón

construido en ese sitio. En vista de la necesidad de reparar a la brevedad posible el camino, las autoridades decidieron desplazarlo un cuerpo del

terraplén ladera arriba y abatir la rasante en dos metros.

Figura 8.14 Vista aérea de la falla en el Km. 16+000, en donde muestra la

afectación a la autopista

Como consecuencia de la construcción del desplazamiento del terraplén,

quedo situado un gran deposito de desperdicio de material adosado contra el nuevo camino, precisamente en el kilómetro 16+000. Sin duda fue un error de construcción pues se depositó sobre la zona recién fallada una gran masa de

suelo, colocada a volteo, sin ninguna compactación, formando una gran berma hasta cubrir las dos terceras partes de la altura del nuevo talud y con una

anchura de corona del orden de 4 a 5 metros. Casi de inmediato comenzaron a producirse agrietamientos y síntomas de

inestabilidad en el depositó de desperdicio, y a principios de 1969 la situación se tornó crítica, al manifestarse los primeros síntomas de que el movimiento

de la masa de suelo colocada a volteo comenzaba a arrastrar el terraplén del camino, pese a que éste, después del desplazamiento, se había colocado en terreno firme.

La Figura 8.15 muestra la forma y magnitud de la zona agrietada, y la

Figura 8.16 ilustra como el agrietamiento comenzó a invadir el acotamiento el camino, generándose un desplazamiento que ya afectaba claramente a este.


108

Figura 8.15 Grietas en el talud, causadas por el deslizamiento, Km. 16+000

Figura 8.16 Parte superior del deslizamiento en el Km. 16+000 en donde muestra

la zona afectada por el deslizamiento

El área y forma en planta de la masa deslizante se muestra en la Figura

8.17. El área afectada es mucho mayor que la inicialmente observada, pues se

extiende hasta el mar. En la misma figura aparece la supuesta berma construida al pie del terraplén reparado y el borde superior de la grieta

alcanzando al acotamiento.

Zona de afectación


109

Figura 8.17 Deslizamiento en el Km. 16+00

Exploración, instrumentación y mediciones

Aproximadamente sobre el eje de la falla se realizaron tres pozos en los que se exploro el subsuelo y se instalaron tres inclinómetros. En la Figuras

8.18 y 8.19 se presentan los resultados de las observaciones realizadas en los inclinómetros y el perfil geológico del subsuelo se resume en la Tabla 8.3, en donde se muestra la profundidad de la superficie de deslizamiento y los

materiales que se encuentran a cada profundidad. Tabla 8.3

Inclinómetro

Superficie de deslizamiento

Profundidad (m)

Materiales

I-1 8.1 Material de terraplén

I-2 8.6 Contactos de depósitos de talud con lutita alterada

I-3 11.6 Lutita estratificada con

areniscas


110

Figura 8.18 Inclinómetro I-1 y I-2

Figura 8.19 Inclinómetro I-3

Después de obtener los datos anteriores se trazo el área de deslizamiento

probable en el corte de la Figura 8.20. La forma de esta superficie es compleja,

y en el terreno aparecen abundantes grietas. En la misma figura aparece la línea del nivel de aguas freáticas, trazada con datos obtenidos de inclinómetros

instalados en la ladera, cuyas graficas de variación se incluyen en la Figura 8.21. Cabe mencionar que al excavar el banco de préstamo lateral explotado para la construcción del camino surgió un venero de agua.


111

Figura 8.20 Forma de la superficie de deslizamiento en la sección central del Km.

16+000

Figura 8.21 Observación del Nivel Freático en los inclinómetros

Los desplazamientos de la masa se observaron en cuatro líneas de puntos

de control superficial localizados según se indica en la Figura 5.17. La línea 0 situada en el acotamiento cercano a la ladera no tuvo desplazamientos. En cambio la línea 1 y 2 (Figuras 8.22 y 8.23) muestran desplazamientos

importantes los más grandes que ocurrieron a lo largo del camino. En poco menos de un año ocurrieron desplazamientos horizontales hasta de 2 m. y

verticales hasta de 1.45 m. en la línea 2, que pasa sobre la supuesta berma. En el mismo periodo hubo desplazamientos horizontales hasta de 1.35 m. y

verticales de 1.75 m. en la línea que cruza el extremo superior del deslizamiento. Los desplazamientos de la línea 4 son de menor magnitud que


112

los anteriores demuestran que la masa en movimiento se extiende hasta el

mar.

Figura 8.22 Desplazamientos horizontales y verticales observados en la línea 2, Km.

16+000

Figura 8.23 Desplazamientos horizontales y verticales observados en la Línea 1, Km.

16+000.

Estudio de estabilización


113

Después de conocer las características del deslizamiento se concluyó que

lo más viable era efectuar una obra de contención junto al camino, desplantado en terreno firme bajo la superficie de deslizamiento, por lo tanto

se realizaron grandes movimientos de material para poder construir la cimentación del muro en terreno firme, pasando la superficie de falla.

Para fines del proyecto del muro de contención se hicieron exploraciones en los puntos de S3 a S10, localizados según se indica la Figura 8.24; las

columnas estratigráficas encontradas, aparecen en la Figura 8.25. En las perforaciones se instalaron tubos rígidos de plástico para detectar la superficie

de deslizamiento, habiéndose encontrado ésta en el contacto de los depósitos de talud con la lutita.

Figura 8.24 Detalle de la falla


114

Figura 8.25 Perfil del subsuelo en los sondeos adyacentes al camino.

El muro de 35 m de longitud y 7 m. de altura se desplanto a 2 m. bajo la

superficie de deslizamiento construyéndose por tramos de 5 m. de longitud. El desplante se realizo sobre un estrato de areniscas muy resistentes, la zapata

del muro se diseño para una capacidad de carga de 40 Ton/m2. La Figura 8.26 muestra una etapa durante la construcción del muro. La longitud del muro es mayor que la que afectaba la superficie de falla sobre su eje.

Figura 8.26 Muro de contención que se construyó en el Km. 16+000 (Julio 1969).


115

Después de la construcción de muro os desplazamientos horizontales

medidos en cuatro puntos colocados sobre su corona varían de 5 a 10 mm desde su terminación el 27 de Noviembre de 1969, hasta 1974, sin embargo

cabe señalar que un 90% de dichos desplazamientos ocurrieron durante el primer año, por lo que quizá puede atribuirse a reacomodos. En la Figura 8.27 se muestra la variación con el tiempo de los desplazamientos mencionados,

que cesaron del todo a partir de 1971.

Figura 8.27 Desplazamientos horizontales y verticales observados en la Línea

CONCLUSIONES.

Las cordilleras, montañas, ríos y cañadas son lugares donde los seres humanos han tenido que habitar, ya sea por necesidad o por que son lugares

prósperos y de atractivo natural; por tal motivo, han tenido que enfrentar los cambios que impone la dinámica de la superficie de la tierra como son los deslizamientos, caídos y flujos de suelos y rocas. El problema de los

deslizamientos de laderas esta latente en todo el mundo y México no queda exento. En varios estados de la República Mexicana existen centros de

población que con frecuencia están expuestos a la ocurrencia de movimientos repentinos pendiente abajo de masas de suelos y rocas.

A lo largo de la historia, los deslizamientos de laderas en México han cobrado un considerable número de vidas humanas y han generado daños

materiales cuantiosos. Existen casos documentados en nuestro país, principalmente en los últimos cinco años, que indican que los deslizamientos

de laderas afectan cada vez con mayor frecuencia a centros de población y zonas urbanas. Este fenómeno va de la mano con el crecimiento poblacional


116

que agota los espacios físicos para la construcción de vivienda y, como

consecuencia, surgen asentamientos humanos en la periferia de las ciudades que en muchas ocasiones se sitúan en las laderas de cerros y barrancas,

propiciando o acelerando los procesos de inestabilidad. Es en estos casos, cuando un potencial deslizamiento amenaza la seguridad de un núcleo de población o de alguna obra de infraestructura u obra de vital importancia, que

se debe recurrir a algún método de estabilización que impida o disminuya las posibilidades de ocurrencia de un deslizamiento.

Dicho lo anterior, la protección del ser humano y de su patrimonio ante

la posible ocurrencia de un deslizamiento, ha obligado al hombre a desarrollar obras de infraestructura que cumplan este propósito. Países como China, Francia, Alemania, Suiza, Estados Unidos y Japón, principalmente, han

realizado estudios enfocados a evitar el deslizamiento de laderas. Como resultado de dichos estudios, han desarrollado métodos de estabilización de

laderas cuyos principios fundamentales radican en el incremento de las fuerzas resistentes y la reducción de las fuerzas actuantes. Los primeros se basan principalmente en la aplicación de métodos estructurales y los segundos

mediante el cambio geométrico de las laderas o taludes y/o la reducción de la presión de poro.

Los métodos que incrementan las fuerzas resistentes, mejor conocidos

como métodos estructurales, son los muros de retención, también llamados

muros de contención, las anclas y los pilotes. Los muros son los métodos que más se utilizan en México y en el mundo para la estabilización de taludes y

laderas; a pesar de que su costo puede ser muy elevado. Principalmente cuando por sus dimensiones se requieren grandes volúmenes de material de construcción, como fue el caso descrito en el capitulo cinco referente a la

construcción de la autopista Tijuana-Ensenada . Las anclas, por su parte, han tenido un gran auge en los últimos años en nuestro país, debido a los avances

tecnológicos y al desarrollo de nuevos equipos que se utilizan para realizar las perforaciones y las inyecciones, así como los materiales que se emplean para su fabricación. Aunque en muchas ocasiones su costo es elevado. Finalmente,

los pilotes tienen poco uso en México y en el mundo en general, ya que su costo es relativamente alto y su construcción requiere de equipo y mano de

obra especializad, aunque no se descarta que en un futuro su uso aumente. Por otra parte, los métodos de estabilización que utilizan como principio

fundamental la reducción de las fuerzas actuantes, están relacionados con el cambió de la geometría del talud o la ladera, que se realiza a través de la

remoción de material en la corona y el cuerpo, su costo es alto y para casos donde el cuerpo de la ladera esta habitada es imposible realizar los trabajos.

La reducción de la presión de poro a través de la construcción de drenaje superficial (canales y cunetas) y drenaje interno(drenes horizontales y

verticales), en donde se reducen la fuerzas actuantes con la construcción de


117

los primeros y se incrementan la fuerzas resistentes con la construcción de los

segundos. Su aplicación es de gran importancia tanto en métodos estructurales como en el cambio de la geometría de una ladera

Es importante mencionar que el drenaje superficial, el concreto lanzado,

las mallas de alambre y otros métodos como los geomallas y el sistema

Terracon, son métodos de protección y no de estabilización, y que sirven de complemento a los métodos estructurales, a los métodos que reducen la

presión de poro y métodos que cambian la geometría de una ladera.

En varías ocasiones la construcción de un solo método de estabilización no es suficiente para estabilizar una ladera, la combinación de dos o más métodos es más recomendable ya que se incrementa el FS y por lo tanto la

estabilidad. Cabe mencionar que el éxito de cualquier método de estabilización requiere forzosamente la ejecución de estudios de mecánica de suelos y la

colaboración de especialistas en geotecnia, que son fundamentales para el diseño y la construcción de las obras de estabilización. Así mismo, para verificar el correcto funcionamiento de los métodos de estabilización se

recomienda implementar campañas de mantenimiento y, de ser posible, colocar una instrumentación que permita corroborar la eficacia de los métodos.


118

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