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UNIVERSIDAD NACIONAL
“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA
AGRICOLA
“APLICACIÓN DEL PROGRAMA GEO-SLOPE PARA EL
ANALISIS DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES EN LA
I.E. LA LIBERTAD”
Presentado por:
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO AGRÍCOLA
Huaraz – Perú
Enero, 2014
PROYECTO DE TESIS
I. INFORMACIÓN GENERAL
1.1.Título:
APLICACIÓN DEL PROGRAMA GEO-SLOPE PARA EL ANALISIS DE
LA ESTABILIDAD DE TALUDES EN LA I.E. LA LIBERTAD
1.2.Personal Investigador:
1.2.1. Autor:.
1.2.2. Asesor: MILLA VERGARA, Cesar D.
1.2.3. Elaboradores.
1.3.Tipo de Investigación: Observacional / transversal / Prospectivo.
1.4.Facultad – Escuela: Facultad de Ciencias Agrarias – Escuela Profesional de
Ingeniería Agrícola.
1.5.Lugar: Provincia de Huaraz, Distrito de Independencia, Localidad Ramón
Castilla
1.6.Duración Estimada:4 meses
1.7.Fecha de Inicio:01/11/2013
1.8.Presentado Por:
--------------------------------- -----------------------------
AUTOR ASESOR
1.9.Fecha de Presentación
1.10. Aprobado por:
--------------------------------- --------------------------------
Presidente del Jurado Secretario del Jurado
--------------------------------
Vocal del Jurado
II. PLAN DE INVESTIGACIÓN
a. Antecedentes del Problema.
Antecedentes Locales
En el Plan de Prevención ante Desastres: Uso del Suelo y Medidas de
Mitigación refiere que como consecuencia del sismo de 1970, en Poquiac
– ubicada en la cabecera del río Monterrey -, se produjeron
fracturamientos y asentamientos del terreno en alineamientos que llegaron
a los 1,000 m de longitud, inestabilizando un área de aproximadamente 4
has en ese momento el material no colapsó y, con el tiempo, ha llegado a
una situación de relativa estabilidad. Ahora, el peligro potencial se
relaciona a la posibilidad de una reactivación que podría ser causada por
fuertes precipitaciones pluviales o por intensificación sísmica importante,
que en caso extremo originaría flujos a manera de huaycos que bajarían
alcanzando el río Monterrey, pudiendo inundar parte de las zonas de
vivienda ubicadas en su ruta hacia su desembocadura en el río Santa.
Como consecuencia de la saturación de los suelos por aguas provenientes
de la Cordillera Blanca, se produjo una desestabilización del talud
resultante de los cortes hechos para la construcción de la carretera hacia
Yungay. Con el tiempo, el talud del corte ha adquirido estabilidad relativa;
sin embargo, la marcada saturación puede hacer colapsar un tramo de
aproximadamente 250 m de esta carretera. En el lugar de “Cancariaco” (un
km antes del desvío a Monterrey), existe un deslizamiento pequeño del
terreno, que compromete la estabilidad de la plataforma de la carretera.
Esta situación se debe también a la saturación del suelo por aguas
subterráneas provenientes de la Cordillera Blanca y, además, a erosión
causada por aguas del río Santa, ya que en ese lugar hay un meandro que
hace que en estaciones lluviosas erosionen la base del talud, originando un
lento asentamiento de la masa (por reptación de material), que obliga a la
periódica reparación de la plataforma vial. La carretera asfaltada que lleva
a “El Pinar” (centro habitacional de Antamina), cruza una pequeña
quebrada que luego de los trabajos de explanación presentó asentamientos
importantes en la plataforma, motivando la ejecución de importantes
trabajos de estabilización y la construcción de muros enrocados (de
gaviones) con sus respectivos drenajes. Sin embargo, se han producido
nuevos fracturamientos y asentamientos, por lo que se requiere adoptar
otras medidas, toda vez que en la parte inferior existe una buena
concentración de viviendas. En Toclla, 3 km al Sur de la ciudad de Huaraz,
existe en el talud superior de la carretera, un derrumbe en roca volcánica
muy fracturada que sigue progresando, desestabilizándose el talud por
gravedad, y haciendo temer que puedan producirse accidentes por el fuerte
tránsito que soporta la carretera. En “Cruz Punta”, hacia el sur este de la
ciudad, donde nace el río Seco, hay un importante emplazamiento de
material fluvio-glaciar cuyos taludes tienen una altura promedio de 100 m,
que se erosionan con facilidad por las lluvias estacionales, transportando el
río ese material hacia la ciudad.
Antecedentes Regionales
En el Proyecto de Irrigacion Mormurullo y Wanda en la Provincia de
Pallasca dice que: esta zona se encuentra al Noroeste del pueblo de
Bolognesi a 300 metros de distancia del mismo. Refieren los lugareños que
el deslizamiento comenzó el año 1939. Por las descripciones hechas líneas
aparte, se sabe, que esta zona consiste en terrenos residuales y
transportados de potencia considerable que yacen con taludes de fuertes
pendientes de 20º a 22º y el substrato de las regolitas que forman los
terrenos de cultivo está constituido de arcilla carbonosa producto residual
de lutitas y pizarras de la misma naturaleza. Es indudable que estas
pendientes sumadas a las aguas de regadío, me te ó ricas y las de
infiltración de las acequias sin revestir que atraviesan las partes altas,
hayan intervenido en la inestabilización; produciendo como consecuencia,
los desgarramientos, asentamientos y corrimientos que actualmente ofrece
la Hoya de la Higuerilla y todo parece indicar que estos terrenos están en
franco proceso de estabilización por la disminución del talud y porque en
el extremo Terminal de estos terrenos existe un afloramiento rocoso que
funciona como un muro de sostenimiento, pero serán necesarios para
controlar el deslizamiento, la apertura de trincheras de drenaje cuyo eje
coincida con el eje longitudinal del cuerpo deslizante.
En el Informe Técnico: Evaluación Ingeniero – Geológica de San Luis
refiere que dentro de los procesos que se observan en la zona evaluada, se
tienen deslizamientos, derrumbes, reptación de suelos, procesos de
carcavamiento y erosión fluvial. Provocando la alarma general en la
población ya que estos afectan las viviendas, los terrenos de cultivo y las
vías de comunicación. Es importante mencionar que nuestra institución, en
marzo de 2006, presentó un informe sobre la misma problemática. En este
se concluyó, que el agua (filtraciones, precipitaciones y regadío) es la
causa principal de la inestabilidad de la ladera, por lo que se recomendó la
construcción de una serie de drenajes. La ciudad de San Luis, está afectada
por reactivaciones en el cuerpo de un deslizamiento rotacional antiguo de
forma semicircular, cuyas dimensiones abarcan, desde el cerro Potosí al río
Chacapata. El movimiento es lento y continuo, observándose grietas
tensionales en la ladera y terreno. La causa principal de la
desestabilización de la ladera, es el agua, producto de las precipitaciones
pluviales, manantiales de agua subterránea, así como por la rotura de las
tuberías de agua y desagüe de la ciudad San Luis. Cabe mencionar el
“aporte” de agua a la ladera, proveniente de las galerías mineras en el cerro
Potosí. Como consecuencia, el nivel freático que presenta la zona es
superficial, evidenciándose varios puntos de surgencias de agua y zonas de
acumulación (estacionarias), que vienen infiltrándose e inestabilizando la
ladera.
Antecedentes Nacionales
Cordero Carballo, Diego que en los últimos años taludes y terraplenes se
han visto afectados en diferente medida por sismos. Dependiendo de los
daños, este tipo de obras geotécnicas pueden ser reparadas con relativa
facilidad, por lo que es importante que las deformaciones y
desplazamientos permanentes que puedan sufrir ante un evento sísmico
sean menor que los límites permisibles para asegurar una rápida
reparación. Para esto se propone se realice su análisis y diseño bajo
conceptos de desempeño y no de esfuerzos permisibles. Con los métodos
usuales de análisis el desempeño es evaluado comúnmente en términos de
la respuesta del sistema, utilizando medidas tradicionales del movimiento
del terreno definidos por dos o más niveles de amenaza. El análisis basado
en desempeño plantea que se permitan factores de seguridad menores que
la unidad, manteniendo las deformaciones residuales y desplazamientos
permanentes dentro de un rango permisible, de acuerdo a la importancia de
la estructura y al riesgo que quiera asumir el ingeniero y el dueño de la
obra.
En la tesis de grado: Estabilización Del Talud De La Costa Verde En
La Zona Del Distrito De Barranco, demuestra que el tramo en estudio
fallaría en condiciones sísmicas importantes (aceleraciones de suelo
mayores a 0.27g), poniendo en grave peligro vidas humanas y propiedades
privadas que recientemente están siendo construidas a 20m del pie del
talud, por lo que es necesario proponer soluciones de estabilización del
talud de la Costa Verde en las zonas que lo requieran luego de un estudio
profundo. La propuesta corresponde a un movimiento masivo de tierras
(reducción de la pendiente y por lo tanto aumento del Factor de Seguridad)
para la estabilidad global y posteriormente la utilización de Geomallas y
Geomantos que ayudarán a la vegetalización de la zona mediante la
siembra de césped en semilla sobre una capa de suelo vegetal que será
colocado sobre el conglomerado. La teoría y ensayos de campo que se
utilizaron para el análisis y diseño de esta propuesta son explicados en los
capítulos respectivos.
Antecedentes Internacionales
En la tesis de grado: Calculo del Factor de Erosión de la lluvia en las
estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan,
comenta que la falla de un talud se presenta tanto en taludes naturales
como en los construidos por el hombre. Muchos proyectos de ingeniería
resultan afectados o afectan la estabilidad de taludes al producir
modificaciones en la topografía, condiciones de flujo agua, pérdida de
resistencia, cambio en los estados de esfuerzo, por mencionar algunos
factores.
En el artículo: Análisis del efecto del humedecimiento en la falla de
talud en el km 240+000 del cuerpo A de la autopista Cuernavaca –
Acapulco, se analiza la estabilidad de un talud en el km 240+000 del
cuerpo A, de la autopista Cuernavaca – Acapulco, el cual presentó un
deslizamiento durante un período de lluvias intensas. De este talud se
obtuvieron sus características estratigráficas y geométricas y se realizó un
muestreo inalterado para determinar las características mecánicas del
material del talud. El análisis de estabilidad involucró la reducción de la
cohesión provocada por el humedecimiento y con ello se pudo observar
cómo el factor de seguridad del talud disminuye con el contenido de agua
del cuerpo del talud. Mediante el análisis de la infiltración de agua de
lluvia con el software Plaxflow y de la estabilidad del talud con el
programa Geo-Slope ha sido posible reproducir el proceso de falla, con lo
que se confirmó que el humedecimiento es un factor fundamental en el
deslizamiento de taludes.
En el artículo: Análisis Comparativo de métodos de cálculo de
estabilidad de taludes finitos aplicados a laderas naturales,
corresponde a una investigación aplicada sobre un talud natural ubicado en
la Quinta Región del país, donde uno de los objetivos fue comparar
diferentes métodos de cálculo de estabilidad de taludes, bajo condiciones
estáticas y pseudoestáticas. Para este último caso, se consideraron dos de
los sismos más importantes que se han producido en Chile, el terremoto de
Valparaíso en 1985 (Mw = 8,0) y el del Maule en el año 2010 (Mw = 8,8).
La comparación de los resultados ha sido llevada a cabo mediante la
obtención de los factores de seguridad de las superficies potenciales de
falla, a través del empleo del software GeoSlope, considerando los casos
más desfavorables y empleando los modelos propuestos por Fellenius,
Bishop y Janbú (método de las dovelas). Como resultado, se ha podido
observar la influencia del sismo sobre un talud finito, la cual depende tanto
de la magnitud Richter del terremoto, como de los valores de los
coeficientes de aceleración sísmica (horizontal y vertical).
En el artículo: Evaluación De La Susceptibilidad Del Terreno A La
Rotura Por Desarrollo De Deslizamientos En El Yacimiento Punta
Gorda, la situación ingeniero-geológica del yacimiento Punta Gorda se
caracteriza por una alta complejidad tectónica y la presencia de cuatro
horizontes ingeniero-geológicos diferenciados por sus propiedades físicas
y comportamiento mecánico, así como por su conducta frente a los
fenómenos de deslizamientos, en los cuales, con la profundidad, disminuye
la fricción interna, aumentan los valores de humedad, sobrepasando en
algunos casos, el límite líquido. Existen además horizontes colapsables
debido a sus propias condiciones naturales. Estas características son
elementos condicionantes y desencadenantes de la inestabilidad de los
taludes del yacimiento, contribuyendo a la disminución de la resistencia al
corte de los suelos y rocas y en otros casos aumentando las tensiones
movilizadoras en el medio o talud
b. Planteamiento del Problema
b.1. Situación Problemática
Presenta deslizamientos en la ladera natural, la cual puede ocasionar
daños en la estabilidad del talud y con las vidas humanas ya que se
pretende construir en el pie del talud un campo deportivo.
b.2. Justificación del proyecto.
Justificación Social
El presente trabajo se realiza porque no hay estudios de la estabilidad de
talud que presenta este reservorio, por lo que es necesario hacer un
análisis el cual nos permitirá conocer el tipo de falla que presenta,
conociendo el factor de seguridad.
Justificación Económica
Los recursos económicos no serán grandes, por lo que ya se dispone del
software, solo son los estudios de mecánica de suelos y la topografía y
los gastos que se ocasionen por fotocopiado, anillado, empastado y otros
serán asumidos por el investigador.
Justificación Técnica
Para la elaboración de la investigación presente, se tiene las facilidades
necesarias. Se dispone del programa GEO SLOPE/W, el cual será
utilizado para el cálculo del factor de seguridad.
Se realizara la topografía y estudios de mecánica de suelos para el
análisis de la estabilidad.
Justificación Ambiental
Con esta investigación se analizara la estabilidad del talud para que no
existan deslizamientos de tierras o rocas, las cuales generan movimiento
de tierra que afecta al medio ambiente.
b.3. Definición del Problema.
F. de Matteis (2003:3). En el trabajo Geología y Geotecnia – Estabilidad
de Taludes refiere que: “Se entiende por talud a cualquier superficie
inclinada respecto de la horizontal que adoptan las estructuras de tierra.
No hay duda que el talud constituye una estructura compleja de analizar
debido a que en su estudio coinciden los problemas de mecánica de
suelos y de mecánica de rocas, sin olvidar el papel básico que la geología
aplicada desempeña; 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”.
El mismo autor refiere:”El resultado del deslizamiento de un talud puede
ser a menudo catastrófico, con la perdida de considerables bienes y
muchas vidas. Por otro lado el costo de rebajar un talud para alcanzar
mayor estabilidad suele ser muy grande. Es por eso que la estabilidad se
debe asegurar”.
También dice: “Se entiende por estabilidad a la seguridad de una masa de
tierra contra la falla o movimiento, entendiéndose por tales algo tan
simple como el poder decir en un instante dado cual será la inclinación
apropiada en un corte o en un terraplén; casi siempre la más apropiada
será la más escarpada que se sostenga el tiempo necesario sin caerse.Los
problemas relacionados con la estabilidad de laderas naturales difieren
radicalmente de los que se presentan en taludes construidos por el
ingeniero. Dentro de estos deben verse como esencialmente distintos los
problemas de los cortes de laderas 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 primaron a lo largo de tal
historia y de la influencia del hombre que ejerce en la actualidad o haya
ejercido en el pasado. En el estudio del análisis de estabilidad de taludes
las características del material que los conforma, ya sean suelos o estratos
rocosos según sea el caso, se hace necesario suponer no uno sino varios
mecanismos de falla supuestos, debido a la falta de homogeneidad de los
materiales que conforman a los taludes además de la variabilidad de los
factores ambientales que pueden presentarse a través del tiempo ya sea
por cambio naturales o artificiales, y realizar cálculos para determinar el
mecanismo de falla más adecuado al problema, así como las
características geométricas y el factor de seguridad que correspondan.Se
denomina deslizamiento a la rotura y al desplazamiento del suelo situado
debajo de un talud, que origina un movimiento hacia abajo y hacia fuera
de toda la masa que participa del mismo.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; e 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 construido”.
b.4. Enunciado del Problema.
¿Cuál será el factor de seguridad para el análisis de la estabilidad de
taludes al aplicar el programa Geo- Slope?
b.5. Hipótesis.
Si se conoce el factor de seguridad se analizara la estabilidad de taludes
en la I.E. La Libertad mediante el programa Geo – Slope.
c. Marco Teórico.
1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE UN
TALUD
La falla de un talud o ladera se debe a un incremento en los esfuerzos
actuantes o a una disminución de resistencia al esfuerzo cortante del
suelo. Esta variación, en general, es causada por efectos naturales.
Los factores principales que afectan la estabilidad de un talud, natural o
diseñado son:
a) Naturaleza de los materiales
Martínez (1998:63).En el trabajo relacionado a los estudios de Litología,
aprovechamiento de rocas industriales y riesgo de deslizamiento en la
comunidad Valenciana refiere que: “La litología de los materiales
aflorantes y su grado de alteración condicionará sus características
físico-mecánicas y, por tanto, su estabilidad potencial, por lo que el
comportamiento variará de unos materiales a otros aun cuando actúen
sobre ellos con igual intensidad los mismos factores; los parámetros
resistivos dependerán de la composición mineralógica y de la textura,
computación, tamaño, forma y cementación de las partículas que formen
la roca o sedimento. Por tanto, materiales poco cementados, con tamaños
de grano fino (limo-arcilla o arenas limo-arcillosas), o de un amplio
rango granulométrico (derrubios de ladera) son litologías más propensas
al deslizamiento”.
Refiere además que: “La influencia de la composición mineralógica de
los materiales es, en ocasiones, determinante para que se produzcan
inestabilidades. En sedimentos con abundancia de minerales de la arcilla
del tipo montmorillonita, se puede producir, en épocas de lluvia, un
hinchamiento de estos minerales por la absorción de agua en su
estructura molecular y posterior dilatación, lo que provoca una
expansión del terreno, con aumentos de volumen que son problemáticos
si alcanzan el 5% y que, en casos excepcionales, pueden llegar al 50%.
Asimismo, el lavado de las sales contenidas en determinadas arcillas
marinas conduce a un reordenamiento en la estructura de las partículas,
pasando de floculadas a dispersas y dando lugar a una reducción de la
resistencia al corte, la alternancia o intercalación de materiales de
distinta naturaleza, y por tanto, con resistencia, compactación y
permeabilidades diferentes, producirá heterogeneidades en el
comportamiento global de la masa, que según la tipología de aquéllas,
tendrá una respuesta variable a los factores externos que se manifiesten,
lo que favorece la aparición de fenómenos de inestabilidad. Del mismo
modo, el espesor de los diferentes materiales podrá determinar que el
movimiento sea superficial o profundo”.
b) Aspectos geológicos
Castañón (2011:127).En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de la
lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “Algunas fallas de taludes son provocadas por
aspectos geológicos no detectados durante el levantamiento y
exploración de campo, los cuales, al no ser considerados durante la
evaluación de la estabilidad del talud, aumentan la incertidumbre del
factor de seguridad calculado”.
Figura 1. Aspectos geológicos que pueden provocar la falla de un
talud.
Fuente: Castañon Garay Paola. 2011. Pag.127. Cálculo del Factor de Erosión de la
lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan.
c) Relación estructura-ladera
Martínez (1998:64). En el trabajo relacionado a los estudios de
Litología, aprovechamiento de rocas industriales y riesgo de
deslizamiento en la comunidad Valenciana refiere que: “Otro aspecto de
gran importancia a considerar frente a la estabilidad es la relación y
combi- nación de la disposición geométrica de los materiales aflorantes,
con respecto a la orientación, pendiente y altura de la ladera natural o
talud artificial. En este sentido, deberán observarse las discontinuidades
presentes (planos de estratificación, fallas, diaclasas, esquistosidad),
atendiendo a su inclinación, orientación, número, densidad, naturaleza y
morfología; estas características tienen gran importancia en el caso de
materiales rocosos (calizas, areniscas, etc.), que serían estables de no ser
por la fisuración y disgregación que produce la existencia e intersección
de estas discontinuidades, al modificar las propiedades de los mate-
riales, lo que provoca que el macizo rocoso, en su conjunto, adquiera una
resistencia menor que la roca inicial. Asimismo, cuando la dirección de
la estructura de los materiales con respecto a la del terreno natural o
talud artificial es paralela - y, por tanto,- coincidente, y dichos materiales
tienen una inclinación ladera abajo, se facilita el desencadenamiento de
inestabilidades, que será mayor cuanto más pequeño sea el ángulo de
intersección que formen ambas inclinaciones. Estas circunstancias se
verán favorecidas por la circulación del agua de infiltración a través de
las discontinuidades, que pueden actuar durante los periodos de lluvia
como superficies de despegue”.
d) Erosión
Castañón (2011:125). En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de
la lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “El agua y el viento continuamente afectan a los
taludes erosionándolos. La erosión modifica la geometría del talud y por
tanto los esfuerzos a los que está sometido, resultando un talud
diferente al inicialmente analizado o en una modificación de las
condiciones que tenía",
Figura 2. Variación de la geometría de un talud por erosión
Fuente: Castañon Garay Paola.2011. Pag.125. Cálculo del Factor de Erosión de la lluvia
en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan.
e) Pendiente topográfica y morfología de la ladera
Martínez (1998:65).En el trabajo relacionado a los estudios de Litología,
aprovechamiento de rocas industriales y riesgo de deslizamiento en la
comunidad Valenciana refiere que: “La pendiente topográfica y la altura
de las laderas son factores que condicionan el desarrollo de procesos de
deslizamiento por su contribución a la inestabilidad de los materiales;
tanto es así que son parámetros utilizados sistemáticamente en la
mayoría de los métodos de cálculo de estabilidad de taludes. En terrenos
homogéneos, cada tipo de material tendrá una altura crítica y un ángulo
máximo, a partir de los cuales se producirá un desequilibrio
gravitacional, siendo posible la rotura. No obstante, en zonas muy
húmedas, la morfología no tiene por qué ser necesariamente abrupta para
que materiales arcillosos, debido a la saturación, puedan generar
movimientos rápidos, de tipo flujo, con velocidad considerable. las
características morfológicas de la ladera aumentarán o disminuirán su
equilibrio y ya que estas formas son además el resultado de un proceso
evolutivo, nos servirán también como indicadores de inestabilidad. Una
topografía abrupta, con valles profundos, grandes diferencias de altura
entre vaguadas, alto gradiente hidráulico, relieve escarpado, red de
drenaje densa y encajada, formas acarcavadas y laderas con morfología
cóncava, es indicativa de zonas con alto potencial de inestabilidad. De
este modo, mediante la combinación de determinados índices
morfológicos y morfometricos del terreno, tales como la morfología,
altura y pendiente topográfica, la superficie y longitud de la cuenca
superficial y de los conos de deyección, etc., se han desarrollado
métodos para determinar la susceptibilidad de rotura de una ladera”.
f) Lluvia
Castañón (2011:125).En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de
la lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “Durante el periodo de lluvias, los taludes se ven
afectados al saturarse los suelos que los forman, provocando un aumento
de peso de la masa, una disminución en la resistencia al esfuerzo
cortante y la erosión de la superficie expuesta. Al introducirse agua en
las grietas que presente el talud se origina un incremento en las fuerzas
actuantes o aparición de fuerzas de filtración, pudiendo provocar la falla
del mismo”.
Figura 3. Talud sometido a lluvia
Fuente: Castañon Garay Paola.2011. Pag.126. Cálculo del Factor de Erosión de la
lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan.
g) Vegetación
Martínez (1998:65). En el trabajo relacionado a los estudios de
Litología, aprovechamiento de rocas industriales y riesgo de
deslizamiento en la comunidad Valenciana refiere que: “Es éste un
factor controvertido, tanto en su uso como parámetro a intervenir en la
estabilidad, como en el papel que desempeña. Esto es debido tanto a las
distintas circunstancias que se producen en la presencia de la amplia
variedad de especies vegetales existentes, dentro de las cuales algunas
tienen un marcado carácter estacional, como a los efectos que en ellas se
manifiestan. Aunque es el factor menos constante de los hasta ahora
reseñados y no llega ser determinan- te para la estabilidad global de una
masa de terreno, sí condiciona de forma notable la acción de otros
factores.El efecto positivo que produce la vegetación es el de mantener
la estabilidad superficial del terreno y evitar su degradación, ya que las
raíces cohesionan las partículas del suelo y disminuyen la disgregación
de los niveles superficiales. La presencia de una cobertera vegetal
también favorece el drenaje por la absorción del agua superficial del
terreno, al tiempo que disminuye el efecto producido por la erosión
hídrica. Como contribución negativa, está la producida por el efecto de
cuña realizado por algunas raíces al desagregar el suelo, provocando los
consiguientes efectos mecánicos en grietas y fracturas”.
h) Sismo
Castañón (2011:126). En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de
la lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “Los sismos suman fuerzas dinámicas a las
fuerzas estáticas actuantes a las que esta cometido un talud, provocando
esfuerzos cortantes dinámicos que reducen la resistencia al esfuerzo
cortante, debilitando al suelo. Un aumento en la presión de poro en
taludes formados por materiales granulares puede provocar el
fenómeno conocido como licuación”,
Figura 4. Fuerzas debidas a la gravedad y fuerza provocadas por
sismos
Fuente: Castañon Garay Paola.2011. Pag.126. Cálculo del Factor de Erosión de la
lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan.
i) Cargas externas
Castañón (2011:127). En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de
la lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “La aplicación de cargas sobre la corona del
talud provocan un aumento en las fuerzas actuantes en la masa de suelo,
lo cual puede llevar a la falla del talud si estas cargas no son controladas
o tomadas en cuenta durante la evaluación de la estabilidad del talud”.
Figura 5. Sobre carga en la corona del talud.
Fuente: Castañon Garay Paola.2011. Pag.128. Cálculo del Factor de Erosión de la
lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan.
j) Excavaciones y/o rellenos
Castañón (2011:128). En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de
la lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “Las actividades de construcción realizadas al
pie de un talud o colocación de una sobrecarga en la corona, pueden
causar la falla de éste al modificar la condición de esfuerzos a las que
ésta sometido. Generalmente, estas actividades de construcción
corresponden a trabajos donde se realizan excavaciones y/o rellenos.
Cuando se realiza una excavación al pie del talud, el esfuerzo total se
disminuye, generando en el suelo un incremento negativo en la presión
de poro. Durante el tiempo en que este incremento de presión de poro se
disipa, puede presentarse la falla del talud al disminuir la resistencia al
esfuerzo cortante del suelo”.
Figura 6. Excavación en el pie del talud.
Fuente: Castañon Garay Paola.2011. Pag.129. Cálculo del Factor de Erosión de la
lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan.
2. TIPOS DE FALLA
F. de Matteis (2003:5). En el trabajo Geología y Geotecnia – Estabilidad
de Taludes refiere que: “Toda masa de suelo que constituya un talud
natural, terraplén o corte, presenta una tendencia a desplazarse hacia la
parte baja y al frente por efecto de su propio peso. Cuando la resistencia
al esfuerzo cortante del suelo contrarresta esa tendencia, el talud es
estable; en caso contrario, se produce un deslizamiento.
La clasificación de deslizamientos se basa en la forma que se produce el
movimiento de la masa de suelo, como se trata a continuación”.
a) Falla por deslizamiento superficial
F. de Matteis (2003:5). En el trabajo Geología y Geotecnia – Estabilidad
de Taludes refiere que: “Este tipo de falla suele afectar grandes áreas de
terreno. El movimiento superficial se produce sin una transición brusca
entre la parte superficial móvil y la masa inmóvil más profunda. No se
presenta una superficie de falla definida.Otro tipo de falla por
deslizamiento superficial se presenta en la costra de suelo sobre un estrato
que por condiciones geológicas es favorable al deslizamiento en una
superficie de falla predefinida. En general este tipo de movimiento está
asociado a estratigrafías cuyo echado está en dirección del talud y que
además se acelera al presentarse flujo de agua dentro del cuerpo del
talud”.
Figura 7. Deslizamiento producido por la saturación del suelo.
Fuente: F. de Matteis, Álvaro. 2003. Pag.5. Geología y Geotecnia – Estabilidad de
Taludes
b) Falla por rotación
Rico (2005:290). En el trabajo La ingeniería de Suelos en las Vías
Terrestres: Carreteras, ferrocarriles y aeropistas define: “Una superficie
de falla curva, a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud. Esta
superficie forma una traza con el plano del papel que puede asimilarse,
por facilidad y sin mayor error a una circunferencia, aunque pueden
existir formas algo diferentes, en la que por lo general influye la
secuencia geológica local, el perfil estratigráfico y la naturaleza de los
materiales.
Este tipo de fallas ocurren por lo común en materiales arcillosos
homogéneos o en suelos cuyos comportamiento neánico este regido
básicamente por su fracciona arcillosa
La falla de pie se presenta cuando la superficie de falla tiene cercanía del
pie del talud, y corresponde a una falla catastrófica del talud”.
Figura 8. Falla de pie.
Fuente: Rico del Castillo.2005. Pag.290. La ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres:
Carreteras, ferrocarriles y aeropistas.
Rico (2005:290). En el trabajo La ingeniería de Suelos en las Vías
Terrestres: Carreteras, ferrocarriles y aeropistas define: “La falla de base,
ocurre cuando la superficie de falla corta al plano horizontal que forma la
base del talud, y corresponde a una falla general de toda la geometría del
talud. Presenta la mayor profundidad y puede estar limitada por estratos
más resistentes”.
Figura 9. Falla de base
.
Fuente: Rico del Castillo.2005. Pag.290. La ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres:
Carreteras, ferrocarriles y aeropistas.
c) Falla local
Castañón (2011:132). En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de
la lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “Ocurre cuando la superficie de falla corta al
plano inclinado del talud entre el hombro y el pie, sin cortar el pie
del talud, Coloquialmente a este tipo de falla se le conoce como
“desconchamiento” y en la mayoría de los casos no corresponde a una
falla catastrófica. Al provocar un cambio en la geometría del talud
puede propiciar la aparición de fallas subsecuentes que lleven a la falla
catastrófica del talud”.
Figura 10. Falla local.
Fuente: Castañon Garay Paola.2011. Pag.133. Cálculo del Factor de Erosión de la
lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de Papaloapan.
d) Falla por traslación
Rico (2005:292).En el trabajo La ingeniería de Suelos en las Vías
Terrestres: Carreteras, ferrocarriles y aeropistas define: “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 estratos pocos resistentes localizados a poca
profundidad del talud.
La superficie de falla se desarrolla en forma paralela al estrato débil y se
remata en sus extremos con superficies curvas que llegan al exterior
formando agrietamientos.
Los estratos débiles que favorecen estas fallas son por lo común de
arcillas blandas o de arenas finas o limos no platicos sueltos. Con mucha
frecuencia, la debilidad del estrato está ligada a elevadas presiones de
poros en el agua contenida en las arcillas o a fenómenos de elevación de
presión de agua en estratos de arena.
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 an añadidura al efecto del estrato débil
subyacente.
Las fallas de una franja superficial son típicas de laderas naturales
formadas por materiales arcillosos, producto de la meteorización de las
formaciones originales. Se suele provocar por el efecto de la sobrecarga
impuesta por u terraplén construido sobre la ladera”.
Figura 11. Tipo de Fallas Traslacionales.
Fuente: Rico del Castillo.2005. Pag.292. La ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres:
Carreteras, ferrocarriles y aeropistas.
e) Falla por flujo
Rico (2005:287).En el trabajo La ingeniería de Suelos en las Vías
Terrestres: Carreteras, ferrocarriles y aeropistas define: “Se refiere este
tipo de falla a movimientos más o menos rápidos de una parte de la
ladera natural, de tal manera que el movimiento en sí y la distribución
aparente de velocidades y desplazamientos se asemeja al comportamiento
de un líquido viscoso.
La superficie de deslizamiento o no es distinguible o se desarrolla
durante un lapso relativamente breve. Es también frecuente que la zona
de contacto entre la parte móvil y las masas fijas de la ladera sea una
zona de flujo plástico.
El material susceptible de fluir puede ser cualquier formación no
consolidada, y así el fenómeno puede presentarse en fragmentos de roca,
depósitos de talud, suelos granulares finos o arcillas francas; también son
frecuentes los flujos en lodo.
El flujo en materiales relativamente secos comprende en primer lugar a
los fragmentos de roca, desde los muy rápidos hasta los que ocurren
lentamente. Afecta a grandes masas de fragmentos y suelen ser de
catastróficas consecuencias. En segundo lugar se puede encontrar
deslizamientos producidos por la licuación de la estructura de los loess,
asociados muchas veces a temblores.
Esta falla se presenta con mayor frecuencia en taludes naturales
formados por materiales no “consolidados” y se desarrolla el mecanismo
cuando hay un aumento apreciable en el contenido de agua”.
Figura 12. Flujo en suelos secos.
Fuente: Rico del Castillo.2005. Pag.287. La ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres:
Carreteras, ferrocarriles y aeropistas.
Figura 13. Flujo en materiales húmedos.
Fuente: Rico del Castillo.2005. Pag.288. La ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres:
Carreteras, ferrocarriles y aeropistas.
f) Falla por licuación
Castañón (2011:135). En el trabajo de Cálculo del Factor de Erosión de
la lluvia en las estaciones Papaloapan y Cd. Alemán de la cuenca de
Papaloapan refiere que: “El fenómeno de licuación se presenta cuando se
provoca una reducción rápida de la resistencia al esfuerzo cortante de un
suelo. Esta pérdida conduce al colapso del suelo en que se presenta y con
ello al de la estructura que forme o que se encuentre sobre este. La
licuación se ha presentado con mayor frecuencia en arenas finas,
sumergidas sometidas a un incremento en la presión de poro por efecto
de vibraciones o sismo alcanzando su gradiente crítico, lo que
desencadena el fenómeno”.
g) Fallas con Superficie Compuesta
Rico (2005:288). En el trabajo La ingeniería de Suelos en las Vías
Terrestres: Carreteras, ferrocarriles y aeropistas define: “Este tipo de
fallas abarca movimientos en que se combinan la rotación y la 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”.
Figura 14. Fallas con Superficie Compuesta.
Fuente: Rico del Castillo.2005. Pag.288. La ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres:
Carreteras, ferrocarriles y aeropistas.
h) Fallas Múltiples
Rico (2005:289). En el trabajo La ingeniería de Suelos en las Vías
Terrestres: Carreteras, ferrocarriles y aeropistas define: “Se trata ahora de
estudiar aquellas fallas que se producen con varias superficies de
deslizamiento, sean simultáneas o en rápida sucesión, ambas son
comunes en laderas naturales en las que se practica un corte.
Las 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.
Las fallas rotacionales regresivas ocurren con frecuencia en regiones de
topografía movida o escalonada, en que existan importantes fenómenos
de erosión, especialmente si existen estratos gruesos de arcillas sobre
consolidadas, fisuradas o de lutitas, sobreyacidos por espesores grandes
de roca o suelos firmes. Las fallas traslacionales regresivas ocurren en
capas superficiales y muchas veces también se asocian a arcillas
fisuradas y lutitas. Parece que cuanto más cohesivo sea el material
menos unidades tienden a formarse en la masa deslizante. Las fallas
sucesivas suelen consistir en un conjunto de deslizamientos rotacionales
superficiales. Son características de las últimas etapas de degradación en
laderas de arcilla sobreconsolidada o fisurada”.
Figura 15. Fallas múltiples.
Fuente: Rico del Castillo.2005. Pag.289. La ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres:
Carreteras, ferrocarriles y aeropistas.
3. Análisis de Estabilidad de Talud
a) Factor de seguridad
Volviendo al concepto de seguridad, en realidad no existe en la práctica
habitual una definición única. Entre otras cosas, dicha definición depende
del método de cálculo a emplear en su estimación. Centrando esta
discusión en los métodos de equilibrio límite, cabe indicar dos
posibilidades:
a.1) Factor de Seguridad definido como una relación directa entre
fuerzas.
Ortuño (2003:9). En el trabajo Curso de Geotecnia para Infraestructuras
refiere que: “Este sería el caso de los análisis de estabilidad de cuñas y
bloques de roca, como el mostrado en la figura (obsérvese que en este
caso el equilibrio se limita al de fuerzas, y no al de momentos)”.
Figura 16.Estabilidad de un bloque .Esquema conceptual
a.2) Factor de Seguridad definido como una reducción de la
resistencia al corte límite del terreno.
Braja M. Das (1999:340).En el trabajo Fundamentos de Ingeniería
Geotécnica refiere que: “La tarea del ingeniero encargado de analizar la
estabilidas de un talud es determinar el factor de seguridad. En general, el
factor de seguridad se define como:
Dónde:
=factor de seguridad con respecto a la resistencia
=resistencia cortante promedio del suelo
=esfuerzo cortante promedio desarrollado a la largo de la superficie
potencial de falla
La resistencia cortante de un suelo consta de dos componentes, la
cohesión y la fricción, y se expresa como
Donde:
C= cohesión
= ángulo de fricción drenada
= esfuerzo normal efectivo sobre la superficie potencial de falla.
De manera similar, también escribimos
Donde y son respectivamente, la cohesión efectiva y el ángulo de
fricción que se desarrolla a lo largo de la superficie potencial de falla.
Cuando el factor de seguridad es igual a 1, el talud está en un estado de
falla incipiente. Generalmente, un valor de 1.5 para el factor de seguridad
con respecto a la Resistencia es aceptable para el diseño de un talud
estable”.
4. Programa de cómputo GEO SLOPE/W
Sanhueza Plaza, C.; Rodríguez Cifuentes L (2013:s.p.). En el trabajo
Análisis Comparativo de métodos de cálculo de estabilidad de taludes
finitos aplicados a laderas naturales refiere que: “A partir de la década
del 60, la aparición de herramientas computacionales ha permitido
manejar los cálculos iterativos de los distintos métodos de análisis de
estabilidad de taludes. Inicialmente, el método de equilibrio límite fue
bien aceptado, dado que podía entregar soluciones por medio de cálculos
hechos en forma manual. Sin embargo, las nuevas tecnologías
permitieron facilitar los análisis, pudiendo incluso llegar a resultados más
precisos al realizar un mayor número de iteraciones o al dividir la masa
deslizante en dovelas más pequeñas. Esto conllevó a la aparición de
formulaciones matemáticas más rigurosas como las desarrolladas por
Morgenstern -Price (1965) y por Spencer (1967).Dentro de los programas
más utilizados se encuentra el GeoSlope, el cual fue diseñado
especialmente para el análisis de estabilidad de taludes. Se basa,
principalmente, en el uso del método de equilibrio límite y permite
modelar suelos homogéneos y estratificados, con superficies geométricas
complejas y con presencia de nivel freático. El software permite analizar
la estabilidad del talud bajo diferentes modelos, tales como los
propuestos por Fellenius, Bishop, Janbú, Spencer y Morgenstern -Price,
entre otros. El comportamiento de los materiales es modelado bajo el
criterio de Hoek y Brown, para el caso de rocas; mientras que, en el caso
de suelos, se puede considerar el criterio de Mohr - Coulomb, el de
roturas bilineales, el de tipo anisotrópico, de condiciones no drenadas o
alguna función específicas que indique la relación entre esfuerzos
normales y de corte. Las condiciones sísmicas son consideradas a través
de un análisis pseudoestático, en el que se introducen las aceleraciones
máximas del sismo, mediante los coeficientes verticales y horizontales de
este. De esta manera, una vez efectuados los cálculos, el programa
entrega las distintas superficies de rotura analizadas, la superficie de falla
más desfavorable, la distribución de las dovelas consideradas dentro de la
masa deslizante y los diagramas de cuerpo libre para cada una de las
dovelas dentro de la superficie de falla estudiada, entre otros resultados”.
Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2001:s.p.) dice que: “El
programa SLOPE/W utiliza el método de equilibrio límite para calcular
el factor de seguridad de taludes de tierra y roca. El programa tiene la
capacidad de modelar tipos heterogéneos de suelo, estratigrafía y
geometría de superficie de fallas complejas y condiciones variables de la
presión de poros utilizando una gran selección de modelos de suelo. Los
análisis pueden realizarse con parámetros determinísticos o
probabilísticos; Adicionalmente, se pueden utilizar los esfuerzos
calculados mediante un análisis de elementos finitos en el cálculo de
equilibrio límite para los análisis más completos de estabilidad de taludes
disponibles. La combinación de estas características del programa le
permite ser utilizados en cualquier problema de estabilidad de taludes. El
programa cuenta con un manual de usuario. Este programa de cómputo
fue utilizado principalmente con el método de Bishop en falla circular,
tanto en condiciones estáticas como pseudo-estáticas para el análisis
restrospectivo (back análisis), los taludes existentes antes del sismo y los
taludes con las medidas de estabilización propuestas. En los siguientes
acápites se describen los distintos análisis efectuados”.
III. OBJETIVOS
3.1.Objetivo General.
a) Aplicar el programa Geo-Slope para el análisis de la estabilidad de
taludes en la I.E. La Libertad.
3.2.Objetivos Específicos.
a) Realizar la topografía del talud natural para la estabilidad del talud.
b) Realizar el estudio de mecánica de suelos para la estabilidad de talud
c) Modelar en el programa Geo – Slope/W el talud.
IV. METODOLOGIA
4.1. Identificación de variables.
Variable Independiente
Topografía
Mecánica de Suelos
Variables Dependientes
Estabilidad de Talud
4.2. Material y Equipo a ser utilizados.
Los materiales para la elaboración del trabajo son:
Muestra de Suelo: Por cuadriculación.
Levantamiento topográfico
Los instrumentos de recolección de datos para la elaboración del trabajo son:
Programa GEO-SLOPE/W
Una computadora portable (laptop) para la recolección, almacenamiento y
procesamiento de los datos.
4.3. Procesamiento de datos
Con el levantamiento topográfico se harán los planos del perfil natural del
terreno.
Se recogerá cinco unidades de muestras de suelo en diferentes puntos del
perfil natural del terreno e incluido la construcción del reservorio.
Se llevara al laboratorio de suelos para realizar los ensayos adecuados, así
obtener los parámetros para el análisis de la estabilidad.
Luego de tener los parámetros se procede a modelara el talud en el
programa GEO-SLOPE/W, del cual obtendremos el factor de seguridad.
4.4. Operacionalizacion de Variables
Variable Indicadores Unidad - Medición
Topografía Pendiente m/m
Mecánica de Suelos
Cohesión
Angulo de Fricción
Peso especifico
c
ø
ɣ
V. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS
5.1.0. Cronograma de actividades.
5.1.1. Actividades por etapas y duración en meses.
ACTIVIDADES MESES
Sep. Oct. Nov. Dic. Ene. Feb.
1 Revisión Bibliográfica
* Búsqueda y adquisición de
bibliografía
2 Elaboración del Proyecto
* Antecedentes y formulación del
problema
* Elaboración del instrumento
* Presentación del proyecto
3 Ejecución del proyecto
Captación de datos
* Aplicación del instrumento de
recolección de información
4 Procesamiento y análisis
* Procesamiento de los datos
* Análisis e interpretación
* Discusión de los resultados
5 Elaboración del informe final
* Revisión general de los resultados
* Preparación del informe final
6 Publicación
* Presentación del informe final
5.2.0. Presupuesto analítico y consolidado por paridas.
5.2.1. Bienes
DENOMINACION MONTO EN SOLES
Material Bibliográfico S/. 200.00
Material Fotográfico S/. 200.00
Material de Oficina S/. 300.00
Copias de Planos y Documentos S/. 200.00
Otros S/. 300.00
5.2.2. Servicios
DENOMINACION MONTO EN SOLES
Impresión y Empaste S/. 300.00
Laboratorio de Suelos S/. 1750.00
Muestreo de Suelos S/. 200.00
Técnico de Laboratorio S/. 500.00
Topógrafo S/. 500.00
Otros Servicios de Terceros S/. 300.00
Movilidad y Transporte S/. 300.00
Alquiler de Oficina S/. 200.00
Imprevistos – pagos diversos S/. 400.00
5.3.0. Fuentes de Financiamiento
Autofinanciamiento con recursos del investigador
Presupuesto de recursos disponibles S/. 5650.00
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS, BIBLIOGRAFIA
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