INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

Mecánica de suelos aplicada

Ing. MARIA DE LOURDES PAYAN ARJONA

T E M A

Tipos y fallas de taludes

Realizado: Guadalupe Mex Ucan

Introducción

Se conoce con el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las masas de tierras. Se puede definir taludes como: Son las obras, normalmente de tierra, que se construyen a ambos lados de la vía (tanto en excavaciones como en terraplén) con una inclinación tal que garanticen la estabilidad de la obra.

Los taludes tienen zona de emplazamiento que comprende, además de la vía, una franja de terreno a ambos lados de la misma. Su objetivo es tener suficiente terreno en caso de ampliación futura de la carretera y atenuar en gran medida, los peligros de accidentes motivados por obstáculos dentro de dicha zona, los cuales deben ser eliminados.

TIPOS DE TALUDES.

Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina ladera natural o simplemente ladera. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte, se realiza una excavación en una formación térrea natural, en tanto que los taludes artificiales son los inclinados de los terraplenes. También se producen taludes en los bordes de una excavación que se realice a partir del nivel del terreno natural, a los cuales se suele denominar taludes de la excavación.

No hay duda de que el talud constituye la estructura más complejo de las vías terrestres; por eso es preciso analizar la necesidad de definir criterios de estabilidad de taludes entendiéndose, por tales algo tan simple como el poder decir en un instante dado cuál será la inclinación apropiada en un corte o en un terraplén. A diferentes inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material térreo por mover y por lo tanto, diferentes costas.

Los problemas relacionados con la estabilidad de laderas naturales difieren radicalmente de los que se presentan en taludes construidos por el ingeniero. Dentro de éstos deben verse como esencialmente distintos los problemas de los cortes y los de los terraplenes. Las diferencias importantes radican, en primer lugar, en la naturaleza de los materiales involucrados y, en segundo, en todo un conjunto de circunstancias que dependen de cómo se formó el talud y de su historia geológica, de las condiciones climáticas que privaron a lo largo de tal historia y de la influencia que el hombre ejerce en la actualidad o haya ejercido en el pasado.

Fallas en taludes

Las fallas de talud se definen en términos de derrumbes o colapso de toda índole, que no dejan duda en pensar que ha ocurrido algo que pone en sino entredicho la función estructural; o en términos de movimientos excesivos, al grado de ser incompatibles con la concepción ingenieril del comportamiento del talud y con la función para la que fue constituido. Esto radica, más bien, en la gran variedad de fenómenos que por lo general se involucran en el concepto; una falla rotacional, que afecte al grupo entero del talud y su terreno de cimentación, puede comprometer su función estructural tanto como un corrimiento trasnacional de una gran parte de la estructura o como el deslizamiento lento y superficial de una ladera natural.

Es urgente diferenciar los múltiples modos por los que un talud puede llegar a no cumplir la función que se la haya asignado o a un eventual colapso, viendo cada modo como un problema distinto. El ingeniero, como es usual, analiza estos problemas tratando de extraer los suficientes conocimientos de carácter general como para poder establecer un modelo matemático en el que analiza la estabilidad sea una simple cuestión

de lápiz y papel y aplicación de tal o cual procedimiento matemático o secuencia de cálculo algebraico. No es fácil diferenciar todos los tipos de fallas de taludes merecedores de ser recordadas por los ingenieros de amplia experiencia en el tema; más difícil aún puede ser el intento de clasificar racionalmente tales fallas. Los factores de que depende la estabilidad de las masas de tierra se pueden agrupar en los siguientes:

1.- factores geomorfológicos:

1.1 Topografía de los alrededores y geometría del talud.

1.2 Distribución de las discontinuidades y estratificaciones.

2.- Factores internos:

2.1Propiedades mecánicas de los suelos constituyentes.

2.2 estados de esfuerzos actuantes

3.- Factores climáticos y, concretamente, el agua superficial y subterránea.

TIPOS DE FALLAS EN TALUDES ARTIFICIALES Y SUS CAUSAS

Los taludes artificiales son aquellos en los que en su formación interviene la mano del hombre, entre las fallas más comunes que se pueden presentar en estos tipos de taludes están:

1.- FALLA ROTACIONAL.

Son los movimientos rápidos o instantáneos que se dan en los taludes y que llegan a afectar a masas profundas de los mismos, con deslizamientos a lo largo de una superficie de falla curva que se desarrolla en el interior del cuerpo del talud, interesando o no al terreno de cimentación. Se considera que la superficie de falla se forma cuando en la zona de su futuro desarrollo actúan esfuerzos cortantes que sobrepasan la resistencia del material. La resistencia que se supone superada al producirse una falla rotacional es generalmente la resistencia máxima.

En el interior del talud existe un estado de esfuerzos cortantes que vence en forma más o menos rápida la resistencia al esfuerzo cortante del suelo; como consecuencia de esto se produce la ruptura del mismo, con la formación de una superficie de deslizamiento , a lo largo de la cual se produce la falla. Estos movimientos son típicos de los cortes y terraplenes en una vía terrestre.

Existe la posibilidad de que se produzca fenómenos de creep (deslizamiento superficial asociado a la falta de resistencia por baja presión de confinamiento), en la fase inicial de una falla de esta naturaleza, de hecho se puede afirmar que aun los deslizamientos más rápidos de tierra van siempre precedidos de movimientos ,agrietamientos y, en general, de señales de que la relación esfuerzo-resistencia están evolucionando desfavorablemente en el interior del talud, en este sentido, es típica la formación de grietas en la corona del talud.

En cambio, es probable que en el desarrollo de estas fallas desempeñen un papel importante los mecanismos de falla progresiva que puedan tener lugar a lo largo de la futura superficie de deslizamiento.

Las fallas de tipo rotacional se pueden producir a lo largo de superficies de fallas identificables con superficies cilíndricas o concoidales cuya traza con el plano del papel sea un arco de circunferencia (por lo menos con una aproximación razonable, la cual, resulta muy conveniente en el momento en que se desee establecer algún modelos matemático de falla) o pueden adoptar formas algo diferentes , en las que por lo general influyen la secuencia geológica local, el perfil estratigráfico y la naturaleza de los materiales.

Perfil de algunas fallas del tipo rotacional (La Ingeniería de suelos, Rico, Del Castillo).

2.-FALLA TRASLACIONAL

Estas fallas por lo general consisten en movimientos traslacionales importantes del cuerpo del talud sobre superficies de falla básicamente planas, asociadas a la presencia de estrato poco resistentes localizados a poca profundidad bajo el talud.

La superficie de falla se desarrolla en forma paralela al estrato débil y se remata en sus extremos por dos cantiles, por lo general formados por agrietamiento. Los estratos débiles que fomentan estas fallas son por lo general arcillas blandas o arenas finas o limos no plásticos sueltos. Con frecuencia la debilidad del estrato está ligada a elevadas presiones de poro en el agua contenida en las arcillas o a fenómenos de elevación de presión de agua en estratos de arena (acuíferos). En este sentido, las fallas pueden estar ligadas también al calendario de las temporadas de lluvias en la región.

Las fallas del material en bloque, muchas veces están asociadas a discontinuidades y fracturas de los materiales que forman un corte o una ladera natural, siempre en añadidura al efecto del estrato débil subyacente. Las fallas de una franja superficial son típicas de laderas naturales formadas por materiales arcillosos producto de meteorización de las formaciones originales. Se suelen provocar por el efecto de la sobrecarga impuesta por un terraplén construido sobre las laderas, en estas fallas el movimiento ocurre sin distorsión.

3.- FALLA CON SUPERFICIE COMPUESTA.

Este tipo de falla abarca movimientos en que se combina la rotación y traslación , dando lugar a superficies de falla compuestas en que se desarrollan zonas planas a la vez que tramos curvos , asimilables a arcos

circulares. En general, estas superficies están predeterminadas por la presencia de heterogeneidades dentro del talud. En general, es el predominio de las partes circulares o planas el que sirve para clasificar la falla como rotacional o traslacional , quedando la categoría de falla compuesta para los casos en que ambas curvas se reparten más o menos por igual. En general cuanto menor sea la profundidad a que la heterogeneidad aparezca (fallas, juntas, un estrato débil, etc.), mayor será la componente traslacional en la falla.

4.- FALLAS PROGRESIVAS

Se trata de aquellas fallas sé que producen en varias superficies de deslizamiento, sean simultaneas o en rápida sucesión. Conviene distinguir las fallas sucesivas y regresivas, ambas son comunes en laderas naturales es que se produce un corte.

4.1 Fallas regresivas; se forman a partir de una primera (la situada más ladera abajo), por la inestabilidad en que sucesivamente van quedando las zonas de cabeza de cada falla que se forma. Todas las superficies de falla suelen concurrir a una superficie fundamental. Pueden existir de tipo rotacional o traslacional.

4.2 Fallas sucesivas; suelen consistir en un conjunto de deslizamientos rotacionales superficiales. Son características de las últimas etapas de degradación de laderas de arcillas sobreconsolidada o fisurada, a veces las fallas forman un escalonamiento sumamente regular.

Falla sucesiva

5.- DERRUMBES Y CAIDOS.

Estas fallas son tipicas tanto de laderas naturales como de los cortes practicados en aquellas. A veces suele suceder tambien en otros lugares fuera de las vias terrestres propiamente dichas, pero ejerciendo cierta influencia sobre ellas.

Por lo general consisten en desprendimientos locales de no muy grande volume, aunque naturalmente existen desprendimientos de grandes masas fragmentadas que se debe n clasificar como derrumbes. En estas fallas no puede hablarse de una superficie de deslizamiento y el desprendimiento suele estar predeterminado por las discontinuidades y fisuras preexistentes. Suele suceder que estas se abran al construirse el corrte y que en su frente quede sdin el anterior confinamiento lateral, lo que da ocasión a que se aflojen los fragmentos , actuen presiones hidrostaticas del agua acumulada y otros efectos indeseables.

Los derrumbes y caidos estan siempre asociado s a cantiles o cortes escarpados y con mucha frecuencia a las arcillas fuertemente sobreconsolidadas, excluyendo las rocas.

6.- OTROS TIPOS DE FALLAS, NO ASOCIADAS A LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE EN LOS SUELOS.

Estos tipos de falla no dependen directamente de la resistencia al esfuerzo cortante, sin embargo esto no quiere decir que dicha propiedad no influya en menor o mayor grado en la generacion y desarrollo de fallas

Por ejemplo, se tiene la erosion, dichas fallas por erosion son dañinas a los terraplenes. Se trata del resultado del ataque superficial de los agentes erosivos sobre los materiales que componen el talud. El viento, el agua son los agentes cuyos malos efectos el inggeniero ha de intentar contrarestar con mayor frecuencia. La falla se manifiesta en sicavones e irregularidades y canalizaciones en el plano del talud, originalmente regular y si no se detiene tal afectacion, podria causar la eventual destruccion del talud. O hasta atacra un corte con consecencias muy graves.

Tambien conviene mencionar las fallas por tubificacion, que si bien no se consideran frecuentes , quiza han sido causa de mayor numero de problemas de lo que usualmente se estima. La situacion tipica que expone un terraplen a la tubificacion es que por algun motivo aquel, embalse agua durante un lapso de tiempo , suficiente para que se establezca un flujo a su traves.

Es raro que un terraplen de una via terrestre quede durante mucho tiempo expuesto a la accion de agua en sus 2 taludes , con tirante diferente y desnivel impoprtante, de manera que pueda establecerse un flujo con gradiente hidraulico suficientemente alto para generar problemas de tubificacion.

7.- FALLAS POR LICUACION

Los fenomenos de licuacion consisten en la perdida rapida de resistencia al esfuerzo cortante , temporal o definitiva. Tal perdida conduce al colapso en cualquier estructura edificada sobre o sobre un material que entre en licuacion, que se puedde producir por por incremento de los esfuerzos cortantes actuantes y desarrollo correspondiente de presion de poro o, el que es el caso que realmente, por desarrollo rapido de elevads presiones en el agua intersticial , quiza como consecuencia de un sismo o o una explosion.

La licuaacion casi instantanea ha ocurrido en arcillas saturadas muy sensibles y en arenas finas sueltas , sobre todo en condicion saturada.

Las fallas por licuacion en arcillas se han reportado siempre asociadas a arcillas marinas emergidas por la recuperacion isostatica de los continentes y lavadas con posterioridad , con lenta substitucion del agua dulce, lo que provoca intercambios cationicos que propician la disminucion de la resistencia al esfuerzo cortante y un gran aumento en su sensibilidad. Esta menor resistencia conduce a n menor margen de seguridad en los taludes que se forman en estos suelos , que fallan sin causa aparente. En la falla , la arcilla se remolca hasta llegar a la condicion de un liquido, estado que conserva de manera perdurable, pues la falta de iones en el agua impide la reestructuracion.

8. FALLAS POR EROSIÓN:

Estas también son fallas de tipo superficial provocadas por arrastres de viento, agua, etc., en los taludes. El fenómeno es tanto más notorio cuando más empinadas sean las laderas de los taludes. Una manifestación típica del fenómeno suele ser la aparición de irregularidades en el talud, originalmente uniforme. Desde el punto de vista teórico esta falla suele ser imposible de cuantificar detalladamente, pero la experiencia ha proporcionado normas que la atenúan grandemente si se las aplica con cuidado