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7/23/2019 Efectos Del Talud Sobre Las Fundaciones (1)
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EFECTOS DEL TALUD SOBRE LAS FUNDACIONES
La ingeniería de fundaciones se había concentrado principalmente en el análisis y
diseño de cimentaciones para edificaciones en áreas planas y es relativamente
reciente la investigación sobre el comportamiento y diseño de cimentaciones cerca
o sobre taludes. La diferencia fundamental de un cimiento en terreno plano y uno
sobre un talud o ladera es la falta de confinamiento lateral para el suelo de
fundación en el caso de un talud.
Esta falta de confinamiento puede generar, entre otros, los siguientes problemas:
• resencia de esfuer!os de tensión en el suelo de cimentación y posibilidad de
agrietamiento del suelo, la cimentación, la mampostería y la estructura.
• "isminución de la capacidad de soporte del suelo de cimentación debido a la
presencia del talud.
• Efecto negativo de los esfuer!os sísmicos sobre la estabilidad de las
cimentaciones, especialmente, su efecto sobre la capacidad de soporte.
• #ariación de los módulos de reacción del suelo a medida $ue la cimentación se
acerca al talud, lo cual puede inducir asentamientos diferenciales.
• %alla general de los taludes al cortante, incluyendo la cimentación.
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Los Esfuerzos de Tensión en el Suelo Cerca a los Taludes
La falta de confinamiento lateral puede inducir esfuer!os de tensión en el suelo de
la corona del talud. E&isten teorías comprobadas en modelos de laboratorio y en el
campo, $ue permiten determinar la locali!ación y características de estas grietasde tensión. Las grietas de tensión se forman en la corona de taludes en suelos
cohesivos, debido a la ba'a resistencia del suelo a los esfuer!os de tensión
()bramson y otros, *++*.
La mayoría de los suelos posee resistencia ba'a a la tensión. El efecto de
agrietamiento es mayor en suelos frágiles o $uebradi!os, y es muy com-n en
maci!os de roca. La profundidad de las grietas de tensión puede obtenerse
teóricamente por medio de la ecuación:
"onde:
c / rofundidad de la grieta de tensión
c / 0ohesión
1 / )ngulo de fricción
2 / eso unitario del suelo
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Estas grietas se forman a corto pla!o despu3s de la reali!ación de cortes en los
taludes y su profundidad trata de aumentar con el tiempo. 4gualmente en
materiales estructurados como suelos residuales o rocas blandas, la debilidad de
las fracturas permite la formación de grietas de tensión.
0om-nmente, se traducen en grietas en el piso de las construcciones y
ocasionalmente en fisuras o grietas en las vigas de amarre de la cimentación y en
los elementos de mampostería. En los códigos de construcciones generalmente
no se e&igen re$uerimientos especiales para contrarrestar los problemas de
agrietamiento relacionados con la presencia del talud.
Los movimientos del talud tambi3n generan cargas laterales a tensión sobre las
estructuras enterradas. Es muy com-n la rotura de los ductos de alcantarilladocerca a los taludes. Este problema es particularmente grave por$ue las fugas de
agua pueden activar desli!amientos. 4gualmente, las cimentaciones profundas
tambi3n pueden estar su'etas a cargas laterales por acción de la falta de
confinamiento lateral en los taludes.
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ara evitar $ue estos esfuer!os generen problemas de agrietamiento o estabilidad
de la cimentación, deben tenerse en cuenta en el análisis estructural, tanto de la
cimentación como de la estructura y en el diseño de ductos enterrados y
pavimentos. Estas cargas pueden mane'arse diseñando ancla'es o estructuras de
contención para soportarlas, colocando refuer!os en el suelo y5o en la cimentación
y profundi!ando los niveles de cimentación. En ocasiones se han construido
alrededor de los pilotes o pilas, anillos de material blando comprensible para evitar
$ue se indu!can esfuer!os sobre los cimientos profundos ()bramson y otros,
*++*.
EFECTOS DE LA CIMENTACIÓN SOBRE LA ESTABILIDAD DEL TALUD
La estabilidad de un talud puede afectarse por la e&cavación para la construcciónde los cimientos y por las cargas impuestas por 3stos. 0omo una regla general, la
estabilidad del talud debe che$uearse para el efecto de la cimentación si el ángulo
del talud es mayor a 6 17 ()bramson y otros, *++*. En este caso la cimentación
puede considerarse como una carga o sobrecarga lineal $ue se debe incluir en el
análisis de la estabilidad del talud.
La estabilidad de un talud tambi3n puede afectarse por la e&cavación para la
construcción de la cimentación o por la demolición de cimientos y estos dos
efectos tambi3n deben considerarse en el análisis de estabilidad,
ara minimi!ar el efecto de las e&cavaciones, se recomienda reali!arlas en tramos
cortos, y construir las estructuras de contención o cimientos en forma rápida.
0omo alternativa se puede utili!ar entibados.
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Las cargas laterales debidas a las cimentaciones profundas afectan la estabilidad
de los taludes, aun$ue si el factor de seguridad es alto, generalmente no se tienen
en cuenta en el análisis (8chmidt, 9;;. 4ncluso las cargas laterales de pilotes
pueden afectar la estabilidad del talud, como es el caso de cimentaciones para
torres de transmisión de energía el3ctrica (<g y otros, *++9. En la literatura se
encuentran varios e'emplos de fallas de taludes por cargas laterales de cimientos
(=to y otros, 9>?.
EFECTO DE LOS SISMOS SOBRE LA CAACIDAD DE SOORTE
En los -ltimos años se han reali!ado gran cantidad de investigaciones acerca del
efecto de las fuer!as sísmicas sobre la capacidad de soporte de cimientos sobre
taludes (8arma y 4ossifellis, 9+@ Audhu y )lBCarni, 9D@ 8arma y 0hen, 9?,@
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Cumar y Cumar, *++D@ ichards y otros 9D@ "ormieu& y ecFer, 9?@ 8oubra,
9;@ hu, *+++@ Cumar y ao, *++D@ Cumar y Ghosh, *++H. La conclusión de la
totalidad de las investigaciones reali!adas es $ue los esfuer!os sísmicos
disminuyen en forma substancial la capacidad de soporte de los cimientos sobre o
cerca a taludes. =n impulso sísmico produce temporalmente un incremento en el
esfuer!o cortante y al tiempo decrece la resistencia al corte. La combinación de
estos dos factores puede, de acuerdo a las condiciones específicas del talud y de
la cimentación, disminuir la capacidad de soporte.
Cumar y ao (*++D presentan gráficos para obtener los valores de <c , <$ y <2
para varios valores de aceleración sísmica (Ih, varias pendientes del talud (J y
de ángulo de fricción (1 . 8e puede observar $ue la aceleración sísmica y la
pendiente del talud tienen un efecto muy grande sobre la capacidad de soporte de
cimientos sobre taludes. "esde otra perspectiva, a mayor profundidad de
cimentación, la capacidad de soporte es mayor. or lo tanto se recomienda, en
!onas sísmicas, utili!ar cimientos profundos para mitigar los efectos negativos de
los sismos sobre la capacidad de soporte.
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ESTABILIDAD DE LAS CIMENTACIONES SOBRE TALUDES
La estabilidad general del talud es un factor $ue se debe tener en cuenta en el
análisis y diseño del proyecto. La estabilidad a largo pla!o involucra el deterioro de
las propiedades y la estructura del suelo con el tiempo. La definición del factor de
seguridad puede utili!arse como referencia para la toma de decisiones@ sin
embargo, los procesos de inestabilidad no son estáticos sino $ue pueden ser
acelerados por procesos antrópicos o por fenómenos naturales.
Efec!o del A"ua so#re la Es!a#ilidad del Talud
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<o e&iste un modelo para anali!ar el efecto del agua sobre la estabilidad de los
taludes, el cual pueda ser aplicado a todos los casos. E&isten los modelos
estadísticos y los modelos físicos. Entre los modelos físicos se han desarrollado
modelos basados en flu'os de agua y presiones de poros positivas y modelos de
flu'o no saturado.
El modelo a utili!ar depende de la información e&istente y del mecanismo de falla
presente. Los modelos físicos utili!ando un softKare $ue combina elementos
hidrogeológicos y geot3cnicos, son una herramienta -til para determinar niveles de
amena!a (0rostra y %rattini, *++D para problemas locales de un determinado
desli!amiento cuando la comple'idad geológica no es muy grande y la información
e&istente es suficiente para la elaboración de un modelo.
Ci$en!aciones so#re Taludes con Suelos Sensi!i%os
Las arcillas marinas sensitivas poseen una estructura floculadaM en la cual las
uniones predominantes de las partículas son caraBborde. Esta estructura se debe
al proceso de depositación en un ambiente con concentraciones altas de sal. La
estructura floculada produce resistencias altas, debido a $ue las uniones entre
partículas son muy fuertes. )l humedecerse el suelo y luego secarse o al paso de
corrientes de agua dulce, la sal presente se va lavando y a medida $ue disminuye
la concentración de sal en el suelo se va perdiendo la fuer!a entre las partículas
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de arcilla y por lo tanto tambi3n la resistencia del suelo . La resistencia del suelo,
$ue es muy alta en estado de depositación, se pierde y se facilitan en esta forma
los procesos de alteración y posterior desli!amiento. Las arcillas depositadas en
ambientes marinos salados generalmente, poseen una estructura floculada y
poseen una sensitividad muy alta. "entro de esta categoría se encuentran las
arcillas rápidasM, las cuales poseen una sensitividad superior a D+. Estas arcillas
rápidas por lo regular, fueron sedimentos provenientes de áreas de glaciares y
contienen minerales no activos.
La Erosión & las Cons!rucciones Cerca a los Taludes
Ntro factor a tener en cuenta en la planeación y diseño de construcciones en
taludes es el efecto de la erosión. La erosión tiene un efecto sobre el relieve, y lap3rdida de suelo genera un proceso de aumento de las amena!as con el tiempo.
El avance de las cárcavas de erosión puede ser muy rápido, como en el caso de
construcciones cerca a escarpes marinos.
Ci$en!aciones en el ie de los Taludes
En el pie de los taludes los cimientos pueden estar e&puestos a esfuer!os
adicionales por efecto de la inestabilidad del talud. =n e'emplo específico de este
problema está relacionado con los esfuer!os sobre cimentaciones de pilotes en el
pie de un talud. En este caso (%igura 99.*9 el talud puede inducir esfuer!os de
cortante y momentos sobre los pilotes. 0omo se puede observar los pilotes más
cercanos al pie del talud están sometidos a mayores esfuer!os laterales $ue
a$uellos más ale'ados.
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MANE'O DE CIMIENTOS SOBRE TALUDES
Entre las alternativas de manejo para controlar los problemas de las
fundaciones sobre taludes se indican las siguientes:
• Profundización de la cimentación. Consiste en construir pilas o pilotes, o
recuperaciones en concreto a profundidad por debajo del material del suelo
que se pueda afectar por deformaciones o por inestabilidad, relacionadas conla presencia del talud. Los cimientos deben profundizarse por debajo de los
coluviones o suelos inestables !urgess, "#$%&. Los cimientos profundos deben
estar en condiciones de soportar cargas 'orizontales.
• ilas o pilotes con anillos compresibles. En la figura se muestra un detalle de un
anillo compresible en pilotes para cimentaciones sobre taludes. Este sistema se
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utili!a principalmente para disminuir las cargas laterales sobre pilas, pilotes u otro
tipo de cimentación profunda.
• 0onstrucción de pedestales. Los cimientos o !apatas pueden profundi!arse
utili!ando fundaciones tipo pedestal, en la cual se construye una columna central
de concreto armado para conducir la carga al manto competente profundo y al
mismo tiempo soportar las cargas hori!ontales inducidas por la presencia del
talud.
• 0imentaciones continuas rígidas superficiales. Este sistema re$uiere de la
construcción de vigas rígidas de sección importante para asumir los esfuer!osinducidos por las deformaciones del talud y al mismo tiempo disminuir la magnitud
de los esfuer!os sobre el suelo (Aurgess y 8hirley, 9;H.
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• 0onstrucción de estructuras de contención. Estas estructuras tienen por ob'eto
principal generar un confinamiento lateral en la parte e&puesta del talud y en esta
forma ayudar a mitigar las deformaciones por acción de las cargas de la
cimentación.
• 0olocación de ancla'es. Esta alternativa consiste en colocar elementos de
ancla'e directamente sobre la cimentación o sobre elementos de contención, con
el ob'eto de asumir los esfuer!os hori!ontales $ue se pueden inducir sobre la
cimentación.
• efuer!o de los taludes utili!ando geosint3ticos. El ob'etivo es $ue los refuer!os
asuman las fuer!as hori!ontales inducidas por la falta de confinamiento del suelo
en el sector e&puesto del talud. En los -ltimos años se ha reali!ado una gran
cantidad de traba'os de investigación sobre el tema y se ha encontrado $ue la
colocación de rellenos con refuer!o de geosint3ticos son muy efectivos (El
8aKKaf, *++;. El procedimiento consiste en reempla!ar el suelo de la cresta del
talud por un relleno compactado de suelo seleccionado con capas de geosint3tico
como refuer!o (8amtani y 8onpal, 9>@ OsuFada y otros, 9D@ Oensar
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4nternational, 9?@ )laKa'i, *++9@ Aritish ail esearch, 9>@ Ntani y otros, 9>@
Pahara', *++D@ El asentamiento se reduce con el aumento del espesor de la capa
refor!ada, del n-mero de capas de refuer!o y de la rigide! del material de relleno.
8e prefiere la utili!ación de geomallas y no es recomendable el uso de geote&tiles.
El efecto es mayor a menor espaciamiento de los refuer!os. Es importante de'ar
claro $ue el asentamiento por la presencia del talud no se elimina 9++Q, sino $ue
se puede disminuir a valores tolerables por la estructura o la cimentación. En
ocasiones puede ser más económica o efectiva la profundi!ación de los cimientos
o el uso de pilotes o micropilotes. "ash y otros, *++D@ Retimoglu y otros, *++?@
OsuFada y otros, 9D. El asentamiento se reduce con el aumento del espesor de
la capa refor!ada, del n-mero de capas de refuer!o y de la rigide! del material de
relleno. 8e prefiere la utili!ación de geomallas y no es recomendable el uso de
geote&tiles.
Cri!erios (ara el Dise)o de Ci$ien!os so#re Taludes
• %actores de seguridad de taludes con cimientos. La %ST) e&ige $ue todos los
taludes sobre los cuales se colo$uen cimientos deben tener un factor de seguridad
superior a 9.? (Cimmerling, *++*.
ara el análisis del factor de seguridad se deben incluir las cargas aplicadas por los cimientos. En el caso de presencia de pilotes se deben anali!ar superficies de
falla por deba'o o atravesando los pilotes.
• )islamiento La ))8SON e&ige $ue los cimientos se encuentren separados al
menos 9.? metros de la superficie del talud. )lgunos códigos locales e&igen
aislamientos mayores, dependiendo de la altura de los taludes. ) mayor altura del
talud los aislamientos deben ser mayores.
• endiente y altura de los taludes )l disminuir la pendiente y5o la altura del talud
se me'ora el comportamiento de la cimentación sobre o cerca del talud.
• rofundidad de cimentación La ))8SON e&ige una profundidad de cimentación
superior a 9.+ metro para cimientos sobre taludes. Esta profundidad se mide en el
sitio más cercano a la superficie del talud. La profundidad de cimentación es el
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factor más importante para la estabilidad de un cimiento sobre un talud. Las
cimentaciones profundas (pilotes o pilas son la alternativa de cimentación
preferida en este caso.
• resiones laterales de tierra sobre los cimientos ara el cálculo de las presioneslaterales de tierra sobre las paredes de los cimientos en taludes se debe utili!ar la
presión de tierras en reposo (CN.
• )mplificación de la onda sísmica La onda sísmica se amplifica en la superficie de
los taludes, y esta amplificación debe tenerse en cuenta para el análisis de la
estructura.
• 0apacidad de soporte La capacidad de soporte para cimientos sobre taludes es
menor $ue la calculada pra cimientos sobre terreno plano y este factor debe
tenerse en cuenta en el diseño. 8e recomienda utili!ar los criterios de Peyerhof
(ecomendado por ))8SON, AoKles o el m3todo franc3s, para calcular la
capacidad de soporte.
• efuer!os adicionales 8e puede re$uerir, en algunos casos, la colocación de
vigas de rigide! para mitigar los efectos de los asentamientos diferenciales
debidos a la presencia del talud. 4gualmente, estos refuer!os deber ser capaces
de resistir esfuer!os de tensión para evitar agrietamientos. =na alternativa es la de
refor!ar el talud con geosint3ticos para disminuir los esfuer!os sobre la
cimentación.
• <ecesidad de estructuras de contención 8e debe anali!ar si se re$uieren
estructuras de contención (pantallas con clavos o ancla'es@ o muros de
contención para garanti!ar la estabilidad de la cimentación. 8e recomienda $ue
estas estructuras sean independientes de la cimentación. 8i los cimientos se
amarran a la estructura de cimentación, se pueden inducir esfuer!os no deseables
sobre la construcción.
