INTRODUCCIÓN

El moderno desarrollo de las actuales vías de comunicación, tales como canales, caminos y ferrocarriles, así como el impulso de la construcción de presas de tierra, desenvolvimiento de obras de protección contra la acción de ríos han puesto al diseño y construcción de taludes en un plano de importancia ingenieril de primer orden.

Tanto por el aspecto de inversión, como por las consecuencias derivadas de su falla, los taludes constituyen hoyuna de las estructurales ingenieriles que exigen mayor cuidado por parte del proyectista. Con la expansión de los canales, del ferrocarril y de las carreteras. Provocaron los primeros intentos para realizar un estudio racional en este campo, pero no fue sino hasta el advenimiento de la Mecánica de los Suelos cuando fue posible aplicar al diseño de taludes normas y criterios.

Estas normas y criterios, apuntan directamente a la durabilidad del talud, esto es su estabilidad a lo largo del tiempo.

1) GENERALIDADES

Dentro de los taludes superficiales también existen en las vías terrestres diferencias esenciales entre los corte y terraplenes. Estos últimos constituyen una estructura que se construye con un material relativamente controlado o que, por los menos principio, se puede controlar; en los cortes.

Otro aspecto que genera confusión dentro de la concepción del problema “estabilidad de los taludes “es, el que emana de la extraordinaria complejidad lo que ha dado en llamarse “falla de talud”.

Las fallas de talud se define n 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, muy bien, en la gran variedad de fenómenos que por lo general se involucran en el concepto; una falla rotacional, que afecto entero del talud y su terreno de cimentación, puede comprometer su función estructural tanto como un corrimiento trasnacional de una gran parte de la estructural o como el deslizamiento lento y superficial de una ladera natural.

Es urgente, pues, 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, en génesis, planteamiento y solución.

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 un simple cuestión de lápiz y papel y aplicación de tal o cual procedimiento matemático o secuencia de cálculo algebraico.

Sin embargo, no existe un método general de análisis aplicable a todos los taludes; esto se puede enfocar en dos sentidos. En primer lugar, ha de reconocerse que el método tradicional y todavía más común de análisis estructural no es aplicable a taludes; por la simple razón no existe ningún procedimiento manejable en la práctica para determinar el estado de esfuerzo internos en los puntos de la masa del suelo, a partir de las cargas exteriores que actúen.

2) FACTORES DE SEGURIDAD

La tarea del ingeniero encargado de analizar la estabilidad de un talud es determinar el factor de seguridad. En general, el factor de seguridad se define como

DondeFSs= factor de seguridad con respecto a la resistenciat¡ = resistencia cortante promedio del suelo

td= esfuerzo cortante promedio desarrollado a lo largo de la superficie potencial defalla

La resistencia cortante de un suelo consta de dos componentes, la cohesi6n y la fricci6n, y se expresa como7/ = C + T' tan ¢Donde C = cohesi6n¢ = angulo de fricci6n drenadaT' = esfuerzo normal efectivo sobre la superficie potencial de falla

De manera similar, también escribimos:

Td = cd + ᴼ’tanØd

DondeCd Y ¢d son, respectivamente, la cohesión efectiva Y el Angulo de fricción que se desarrolla a lo largo de la superficie potencial de falla. Sustituyendo las ecuaciones obtenemosFS = C + O ’tanØd S Cd + t’tanØd

Podemos ahora introducir algunos otros aspectos del factor de seguridad, es decir. el factor de seguridad con respecto a la cohesi6n FSc y el factor de seguridad con respecto a la friccion FS1>y se definen como sigue:FSc = C Cd

Y

Cuando Fs 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.

3) ESTABILIDADES DE TALUDES INFINITOS SIN INFILTRACION

Al considerar el problema de la estabilidad de un talud, comenzamos con el caso de un talud infinito.Un talud infinito es aquel en el que H es mucho mayor que la altura del talud. La resistencia cortante del suelo se da por la ecuaciónTd = cd + ᴼ’tanØd

Evaluaremos el factor de seguridad contra una posible falla del talud a 10 largo de un plano AB a una profundidad H por debajo de la superficie del terreno. La falla del talud ocurre por el movimiento del suelo arriba del plano AB de derecha a izquierda.

Consideremos un elemento de talud abcd, que tiene una longitud unitaria perpendicular al plano de la sección mostrada. Las fuerzas, F, que actúan sobre las caras ab y cd son iguales y opuestas y pueden despreciarse. El peso efectivo del elemento de suelo es (con presión del agua de poro igual a 0).W = (volumen del elemento del suelo) X (peso específico del suelo) =ɿLH

El peso W, se resuelve en dos componentes

1. Fuerza perpendicular al plano AB = Na= W cosβ=ɿLHcosβ2. Fuerza paralela al plano AB = Ta = W senβ=ɿLHsenβ. Note que esta es la fuerza que tiende a causar el deslizamiento a 10 largo del plano

El esfuerzo normal efectivo a' y el esfuerzo cortante T en la base del elemento del talud son

Y

La reacción al peso W es una fuerza igual y opuesta R. Las componentes normal yTangencial de R con respecto al plano AB son NrYTr:

N, = R cos B= W cos BT, = R sen B= W sen B

Por equilibrio, el esfuerzo cortante resistente que se desarrolla en la base del elemento es igual a (T,)/(areade la base) = ɣH sen Bcos B. Esto también se escribe en la forma.

El valor del esfuerzo normal efectivo se da por la ecuaci6n . Se obtiene

Asi entonces,

El factor de seguridad con repecto ala resistencia se defini6 en la ecuacion , de la cual

Sustituyendo las relaciones anteriores en la ecuaci6n , obtenemos

Para suelos granulares, C = 0, y el factor de seguridad, FSs, resulta igual a (tanϕ)/(tan B).Esto indica que, en un talud infinito de arena, el valor de FSs es independiente de la altura H y que el talud es estable siempre que B<ϕ. El ángulo ϕ para suelos sin cohesión se llama ángulo de reposo.Si un suelo posee cohesión y fricción, la profundidad del plano a l0 largo del cual ocurre el equilibrio critico se determina sustituyendo FSs= 1 y H = Hcr la ecuacionAsi entonces,

4) ESTABILIDAD DE TALUDES INFINITOS CON INFILTRACIÓN

Suponemos que hay infiltración a través del suelo y que el nivel del agua freático coincide con la superficie del terreno. La Resistencia cortante del suelo se da porτf = c + σ' tan ϕ

Para determinar el factor de seguridad contra falla a 10 largo del plano AB, consideremos el elemento abed del talud. Las fuerzas que actúan sobre las caras verticales ab y cd son iguales y opuestas. El peso total del elemento de talud de longitud unitaria es

Las componentes de W en las direcciones normal y paralela al plano AB son

La reacción al peso W es igual a R. Entonces,

Damos el esfuerzo normal total y el esfuerzo cortante en la base del elemento. El esfuerzo normal total es:

El esfuerzo cortante resistente desarrollado en la base del elemento también se da por:

Donde u = presi6n del agua de poro = ɣH cos2 B. También obtenemos

Ahora, haciendo los lados derechos de las 2 ecuaciones anteriores iguales entre si resulta

Donde ɣ’ = peso especifico del suelo o

EI factor de seguridad con respecto a la resistencia se encuentra sustituyendo Tan (ϕd) =(tanϕ)/FSs y cd= c/FSs en la ecuaci6n (10.27),o

5) TALUDES INFINITOS

Cuando el valor de Hcr tiende a la altura del talud, este es considerado generalmente como finito. Por simplicidad, al analizar la estabilidad de un talud finito en un suelo homogéneo, tenemos que hacer una suposición acerca de la forma general de la superficie potencial de falla. Aunque existe una evidencia considerable de que las fallas de taludes ocurren sobre superficies de falla curvas, Culmann (1875) aproximo la superficie potencial de falla por un plano. El factor de seguridad, FSs, calculado usando la aproximación de Culmann, da resultados bastante buenos solamente para taludes casi verticales. Después de extensas investigaciones de fallas en taludes alrededor de 1920, una comisión geotécnica sueca recomendó que la superficie real de deslizamiento sea aproximada por una superficie circularmente cilíndrica.

Desde entonces, la mayoría de los análisis convencionales por estabilidad de taludes se han hecho suponiendo que la curva de deslizamiento potencial es el arco de un círculo. Sin embargo, en muchas circunstancias (por ejemplo, presas y cimentaciones sobre estratos débiles), el análisis de estabilidad usando fallas planas de deslizamiento es masa apropiado y conduce a resultados excelentes.

6) ANÁLISIS DE UN TALUD INFINITO CON SUPERFICIE DE FALLA PLANA (MÉTODO DE CULMAN)

Este Análisis se basa en la hipotesis de que la falla de un talud ocurre a lo largo de un plano cuando el esfuerzo cortante promedio que tiende a causar el deslizamiento es mayor que la resistencia cortante del suelo. Además, el plano más crítico es aquel que tiene una razón mínima entre el

esfuerzo cortante promedio que tiende a causar la falla y la resistencia cortante del suelo.La figura 10.5 muestra un talud de altura H. El talud se eleva según un ángulo B con la horizontal. AC es un plano de falla de prueba. Si consideramos una longitud unitariaPerpendicular a la sección del talud, el peso de la cufia ABC = W:

Las componentes normales y tangencial de W con respeto al plano AC son las siguientes.

El esfuerzo normal promedio yel esfuerzo sobre el plano AC se expresa

Y

El esfuerzo cortante promedio resistente desarrollado a 10largo del plano AC también se expresa como

Ahora de las ecuaciones anteriores tenemos

La altura máxima del talud para la cual ocurre el equilibrio critico se obtiene sustituyendo cd = c y ϕd = ϕ Entonces,

7) ANÁLISIS DE TALUDES FINITOS CON SUPERFICIE DE FALLA CIRCULARMENTE CILÍNDRICA.

Generalidades

En general, la falla de los taludes ocurre en une de los siguientes:

1. Cuando la falla ocurre de tal manera que la superficie de deslizamiento interseca al talud en, 0 arriba de, su pie, es llamada una falla de talud. Al círculo de falla se le llama circula de pie si este pasa por el pie del talud y circula de talud si pasa arriba de la punta del talud. Bajo ciertas circunstancias es posible tener una falla de talud superficial.

2. Cuando la falla ocurre de tal manera que la superficie de deslizamiento pasa a alguna distancia debajo del pie del talud, se llama falla de base. El circulo de falla en el caso de una falla de base se llama circula de media punta.

Los diversos procedimientos de análisis de estabilidad, en general, se dividen en dos clases principales:

1. Procedimiento de masa. Aquí, la masa del suelo arriba de la superficie de deslizamiento se toma como unitaria. Esto es útil cuando el suelo que forma el talud se supone homogéneo, aunque no es común en el caso de la mayoría de los taludes naturales.

2. Método de Las dovelas. En este procedimiento, el suelo arriba de la superficie de deslizamiento se divide en varias dovelas verticales paralelas. La estabilidad de cada dovela se calcula separadamente. Esta es una técnica versátil en la que la no homogeneidad de los suelos y la presión del agua de poro se toma en consideración; también toma en cuenta el esfuerzo normal a 10 largo de la superficie potencial de falla.

Los fundamentos del análisis de la estabilidad de taludes por el procedimiento de masa y por el método de las dovelas se presentan en las secciones siguientes.

8) PROCEDIMIENTO DE MASA DEL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD (SUPERFICIE DE FALLA CIRCULARMENTE CILÍNDRICA)

Taludes en suelo arcilloso homogéneo con ϕ= 0(Condición no drenada)

Muestra un talud en un suelo homogéneo. La resistencia cortante no drenada del suelo se supone constante con la profundidad y se da por 𝒯𝒇=cu. Para hacer el análisis de estabilidad, se selecciona una curva de

Deslizamiento potencial de prueba A ED, que es un arco de un circulo que tiene un radio r. El centro del círculo está localizado en O. Considerando la longitud unitaria perpendicular a la sección del talud. Damos el peso total del suelo arriba de la curva AED como W = WI + Wz, donde⥾

Y

Note que = peso especifico saturado del suelo.⥾La falla del talud ocurre por el deslizamiento de la masa del suelo. EI momento de la fuerza actuante respecto a 0 para causar la inestabilidad del talud es

Donde l1 y l2 son los brazos de momento.La resistencia al deslizamiento se deriva de la cohesión que actúa a 10 largo de la superficie potencial de deslizamiento. Si cd es la cohesión que tiene que desarrollarse, el momento de las fuerzas resistentes respecto a 0 es entonces

Por equilibrio,

O

El factor de seguridad contra deslizamiento se halla ahora como:

Note que la curva potencial de deslizamiento AED fue escogida arbitrariamente. La superficie critica es aquella para la cual la razón de Cu

a cd es un mínimo; en otras palabras, para la cual Cd es un máximo. Para encontrar la superficie critica por deslizamiento, se hacen varias pruebas con diferentes círculos de prueba. El valor mínimo del factor de seguridadasí obtenido es el factor de seguridad contra deslizamiento del talud y el circulo correspondiente es el circulo critico.Problemas de estabilidad de este tipo fueron resueltos analíticamente por Fellenius(1927) y Taylor (1937). Para el caso de círculos críticos, la cohesión desarrollada se expresa por la relación.

O

Note que el termino m en el lado derecho de la ecuación anterior es a dimensional y se llama numero de estabilidad. La altura crítica (es decir, FSs = 1) del talud se evalúa sustituyendo H = Her YCd = Cu (movilización total de la resistencia cortante no drenada) en la ecuación . Asf entonces,

Los valores del numero de estabilidad m para varios ángulos de talud (B están dados en la figura 10.8.Terzaghi y Peck (1967) usaron el término 'YH1cd' el reciproco de m y 10 llamaron el factor de estabilidad. La figura 10.8 debe usarse con cuidado. Note que ella es válida para taludes de arcilla saturada y es aplicable solo a condiciones no drenadas (ϕ = 0). Con referencia a la figura 10.8, considere 10 siguiente:

1. Para ángulos de talud mayores que 53°, el círculo crítico es siempre un círculo de pie. La localización del centro del círculo de pie se encuentra con ayuda de la figura 10.9.

Definición de los parámetros para la falIa tipo circular en el punta medio; (b) grafica del numero de estabilidad versus ángulo del talud (según Terzaghi y Peck, 1967; redibujada).

2. Para < 53°, el circulo critico es un circulo de pie, de talud, 0 de medio punto dependiendo de la localizaci6n de la base firme bajo el talud, denominada la funci6n de profundidad, que se define como

Altura del talud

3. Cuando el círculo crítico es un círculo de medio punto (es decir, la superficie de falla es tangente a la base firme), su posici6n se determina con ayuda de la figura

4. El máximo valor posible del número de estabilidad por falla en el círculo de medio punto es 0.181.Fellenius (1927) también investig6 el caso de los círculos críticos de pie para taludes con < 53°. La localizaci6n de estos se determina .

Note que esos círculos de punta críticos no son necesariamente los círculos más críticos que existen.

9) TALUDES EN SUELO HOMOGÉNEO CON Φ > 0

Se muestra un talud en un suelo homogéneo. La resistencia cortante del suelo se da por:

τf = c + σ’tanΦ

La presión de poro se supone igual a 0.AC es un arco circular de prueba que pasa por la punta del talud, Y Oes el centro del circulo.

Considerando una longitud unitaria perpendicular a la sección del talud, encontramos.

Peso de la cuna de suelo ABC = W = (area de ABC)(ɣ)

10) MÉTODOS PRÁCTICOS PARA LA SOLUCIÓN DE INESTABILIDADES DE TALUDES

Cuando la superficie libre del terreno adopta cierta inclinación, naturalmente se ve sometido fuerzas internas que tienden a nivelarla.

Se intentará valorar el grado de seguridad (Fs) que tiene un talud determinado, dados los parámetros resistentes del suelo que lo compone y la geometría del mismo.

Métodos usuales

Método Simplificado de los Momentos para Suelos cohesivos (Φ = 0), rotura cilíndrica.

Método del Círculo de Fricción para Suelos fricciónales (c = 0); rotura cilíndrica.

Método de Taylor para suelos fricciónales y cohesivos, rotura cilíndrica.

Métodos de las Fajas (Fellenius, Bishop, Janbu, etc.) para superficies de rotura combinadas.

11) LOS MEANDROS

Los meandros son las curvas que experimenta el curso de un río.

Formación

La formación de un meandro es un término un poco equívoco que se refiere a los factores naturales y los procesos que dan lugar a los meandros. La configuración en forma de onda de una corriente está cambiando constantemente. Una vez que se forma un canal sinusoidal este está sometido a un proceso durante el cual la amplitud y la concavidad de los bucles aumentan de manera espectacular por los efectos del flujo helicoidal debido al aumento de la cantidad de erosión que ocurre en el exterior de una curva.

El flujo helicoidal se explica como una transferencia de momento desde el interior de la curva hacia el exterior. Tan pronto como la corriente entra en una curva parte de ese momento se convierte en momento angular, y su conservación requeriría un aumento de la velocidad en el interior y una disminución en el exterior, exactamente lo contrario de lo que

sucede. La fuerza centrífuga eleva la superficie en el exterior, moviendo la superficie del agua transversalmente. Esta agua se mueve hacia abajo para reemplazar el agua del subsuelo empujado de vuelta al final de la curva. El resultado es el flujo helicoidal, y cuanto mayor es la curvatura, mayor es el momento angular y más fuertes las corrientes cruzadas.

TIPOS DE MEANDROS

Se dan dos variedades:

Meandro ensanchado

En un meandro ensanchado, el movimiento lateral ha quedado muy limitado al descender el nivel de base y disminuir en consecuencia la velocidad de las aguas. Tiene un talud de sedimentación fluvial en la orilla convexa y un talud de erosión en la cóncava (p.e. el río Sena en La Roche-Guyon). El descenso del nivel del cauce ha aislado los antiguos taludes cortados por las aguas del río cuando el nivel era mucho más alto. Como resulta lógico, al descender el nivel del cauce, los taludes antiguos compuestos por creta y otros minerales y rocas sedimentarias del Mesozoico, han quedado completamente inactivos y ya las aguas, incluso en sus niveles máximos, han dejado de acercarse a ambos taludes

En sentido estricto, no se trata de un verdadero meandro encajado, sino de un meandro divagante con las orillas estabilizadas, bien sea por razones naturales (por ejemplo, por la existencia de una elevación natural del relieve que el propio río tiene que rodear) o por razones humanas (por la estabilización de los cauces para evitar las inundaciones).

Meandro de valle o profundizado

En un meandro de valle (que es el verdadero meandro encajado), no existe un movimiento lateral con efectos importantes. Su origen se debe al curso divagante de un río en una meseta casi horizontal: al disminuir el nivel de base de dicho río, bien sea por la erosión remontante desde fuera de la meseta o por el ascenso general del relieve a escala regional, las aguas del río se ven obligadas a ir cortando en profundidad el relieve, pero

en el mismo lugar donde se encontraban los meandros divagantes originales.

También existe el Meandro divagante o meandro libre, que es el tipo más frecuente en las llanuras de desnivel muy escaso. Se estudia en otro artículo (Meandro) ya que no se trata de un verdadero meandro encajado.

COMO SE AFECTAN A LOS TALUDES

La mayoría de los meandros se producen en el curso inferior del río. La erosión es mayor en el exterior de la curva donde la velocidad es mayor. La deposición de sedimentos se produce en el borde interior debido a que el río, desplazándose lentamente, no puede llevar su carga de sedimentos, creando un deslizamiento de la pendiente, llamado un punto bar (point bar). El movimiento más rápido en el exterior de la curva tiene más capacidad erosiva y el meandro tiende a crecer en la dirección hacia fuera de la curva, formando un pequeño acantilado o ribera recortada (cut bank). Esto puede observarse en las zonas en que crecen sauces en las riberas de los ríos; en el interior de los meandros, los sauces están a menudo muy lejos de la orilla, mientras que en el exterior de la curva, las raíces de los sauces están a menudo expuestas inferiormente lo que, finalmente, lleva a los árboles a caer en el río. Esto muestra la circulación del río. La caída se produce por lo general en las partes cóncavas de las orillas, provocando movimientos de masas, tales como deslizamientos.

Cómo se hace un mapa geológico

Etapas de un proyecto de mapeo geológico

Etapa Mapa detallada Estudio de Antecedentes Análisis de fotos aéreas Estratigrafía Topografía en detalle Definición de unidades del mapeo Mapeo en terreno, Mapeo litológico, Verificación con fotos aéreas, Levantamiento estructural

Dibujo del mapa Confección de perfiles Informe con descripciones detalladas

Qué es un perfil geológicoLa interpretación de la estructura geológica del subsueloEn un plano vertical.

Un perfil geológico nos da información sobre:• Tipo de roca• Buzamiento y dirección de capas• Potencia (grosor) de capas• Tipos de contactos• Estructura tectónica