Trabajo de Investigacion TALUDES

UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍO FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ÍNGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

Mecánica de Suelos (4500041) Trabajo de Investigación

Taludes

Autores: Leslie Contreras U. Cristina San Martín R. Revisores: Profesor Teoría: Marcelo González A.

Concepción 19 de Abril, 2012

Taludes ÍNDICE

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I.

INTRODUCCIÓN

II.

OBJETIVOS

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III.

DESCRIPCIÓN DE TALUDES III.1. Partes de un talud

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INESTABILIDAD DEL TALUDES IV.1. Deslizamientos IV.1.a Deslizamiento Traslacionales IV.1.b Deslizamientos Rotacionales

7 7 8

IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE FALLA V.1. Tipos de ensayos V.1.a Ensayos de campo V.1.b Ensayos de Laboratorio

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ESTABILIAD DE TALUDES VI.1. Análisis de la Estabilidad VI.2. Factores desestabilizadores y medidas de protección

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VII.

CONCLUSIÓN

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VIII.

BIBLIOGRAFÍA

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IV.

V.

VI.

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Taludes I.

INTRODUCCIÓN

En el curso de mecánica de suelos se contempla el estudio y comprensión de las teorías, sobre el comportamiento del subsuelo y todo lo referente a fenómenos relacionados con empuje de masa de suelos como es el caso de los taludes. Es por ello que se desarrolla este informe para entregar toda la información referente al tema. Los taludes están contemplados como accidentes geográficos que podemos encontrar en cualquier lugar, ya que son masa de tierra que posee cambios de altura (desnivel). Pueden ser de origen natural o antrópico, clasificándose en varios tipos. Este trabajo enfatiza en el análisis y estudio de los taludes de tierra enfocado en todos sus aspectos, principalmente, en la vulnerabilidad frente a la inestabilidad debido a diferentes factores que se presentan en cada tipo de talud y en las diferentes soluciones que se pueden desarrollar para ello.

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II.

OBJETIVOS

II.1. General Adquirir todos los conocimientos referentes a taludes.

II.2. Específicos Definir que es un talud y todas las partes que lo conforman. Definir los diferentes tipos de taludes que tienen importancia para la mecánica de suelos. Estudiar los ensayos que permiten clasificar los tipos de fallas que caracterizan a los diferentes taludes. Dar a conocer los factores más relevantes que aumentan el nivel de inestabilidad de un talud. Estudiar las soluciones que existentes a partir del tipo de factor que afecta al talud.

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Taludes

III.

DESCRIPCIÓN DE TALUDES

Un talud es una masa de tierra que no es plana sino que posee pendiente o cambios de altura significativos (ver figura III.1). En general, se puede definir dependiendo de su origen de formación; como ladera cuando su conformación tuvo como origen un proceso natural y, corte cuando se conformó artificialmente y de terraplenes. Otra definición válida para talud es pendiente de un muro, la que es más gruesa en el fondo que en la parte superior de éste, de modo que así resista la presión de la tierra tras él, acumulados por la erosión al pie de un acantilado o de una vertiente abrupta.

Figura III.1

III.1 Partes de un talud.

El talud está constituido por una serie de partes (ver figura III.2), las cuales son: III.1.a.Cuerpo: La masa de tierra que constituye, el talud. En su interior es posible encontrar la presencia de más de un tipo de suelo, discontinuidades, agua con nivel freático, entre otras. III.1.b.Escarpe principal: Corresponde a una superficie muy inclinada a lo largo de la periferia del área en movimiento, causado por el desplazamiento del material fuera del terreno original. La continuación de la superficie del escarpe dentro del material forma la superficie de falla. III.1.c.Escarpe secundario: Una superficie muy inclinada producida por desplazamientos diferenciales dentro de la masa que se mueve.

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Taludes

III.1.d. Cabeza: Las partes superiores del material que se mueve a lo largo del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal. III.1.e. Cima: El punto más alto del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal. III.1.f. Corona: El material que se encuentra en el sitio, prácticamente inalterado y adyacente a la parte más alta del escarpe principal. III.1.g. Superficie de falla: Corresponde al área debajo del movimiento que delimita el volumen de material desplazado. El volumen de suelo debajo de la superficie de falla no se mueve. III.1.h. Pie de la superficie de falla: La línea de interceptación (algunas veces tapada) entre la parte inferior de la superficie de rotura y la superficie original del terreno. III.1.i. Base: El área cubierta por el material perturbado abajo del pie de la superficie de falla. III.1.j. Punta: El punto de la base que se encuentra a más distancia de la cima.

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Taludes IV.

INESTABILIDAD DE TALUDES DE SUELO

La inestabilidad de taludes se traduce en una serie de movimientos, clasificados en base a distintos criterios. En general, la mayoría de los taludes tienden a degradarse a una forma más estable, y bajo ese punto de vista, la inestabilidad equivale a la tendencia a moverse.Los tipos de movimientos que se originan con mayor frecuencia, de acuerdo con los mecanismos que se producen en diferentes materiales, son las masas de suelo. A los movimientos relacionados con las masas de suelo se denominan deslizamientos.

IV.1. Deslizamientos

Los deslizamientos se producen al superarse la resistencia al corte del material por los esfuerzos de corte, y tienen lugar a lo largo de una o varias superficies o a través de una franja relativamente estrecha del material. Generalmente, las superficies de deslizamiento son visibles o pueden deducirse razonablemente. La velocidad con que se desarrollan estos movimientos es variable, dependiendo de la clase de material involucrado. El movimiento puede ser progresivo, produciéndose inicialmente una rotura local, que suele no coincidir con la superficie de rotura general, causada por una propagación de la primera. La masa desplazada puede deslizar a una distancia variables de la superficie original de rotura, pero quedándose en el terreno natural y marcando éste una superficie de separación bien definida. IV.1.a. Deslizamiento Traslacionales: En este tipo de deslizamientos la masa de terreno se desplaza hacia afuera y abajo, a lo largo de una superficie más o menos plana o suavemente ondulada, con pequeños movimientos de rotación. Comúnmente el movimiento de la masa deslizada hace que ésta quede sobre la superficie original del terreno, como se puede apreciar en la figura IV.1.

Figura IV.1. Deslizamiento traslacional

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Taludes Los deslizamientos traslacionales están controlados por discontinuidades influyendo la variación de la resistencia al corte entre .estratos de diferente naturaleza, diferente grado de meteorización, distintos tipos rente grado de meteorización, distintos tipos de relleno en discontinuidades, etc. El progreso de estos deslizamientos tiende a ser indefinido, siempre que la inclinación de la superficie de deslizamiento sea lo suficientemente grande, y la resistencia al corte inferior a las fuerzas desestabilizadoras.

IV.1.b. Deslizamientos rotacionales: Tienen lugar a lo largo de una superficie de deslizamiento interna, de forma aproximadamente circular y cóncava. El movimiento tiene una naturaleza más o menos rotacional, alrededor de un eje dispuesto paralelamente al talud. La velocidad de estos movimientos varía de lenta a moderada, teniendo gran influencia la inclinación de la superficie de rotura en el pie del deslizamiento. Si el perfil de la superficie deslizada se inclina hacia el monte, se mejora el equilibrio en la masa inestable, decreciendo el momento inductor .y pudiéndose llegar a detener el deslizamiento. Al poseer un deslizamiento de superficie circular da origen a tres tipos diferentes de falla a partir de la parte del talud donde se produce la rotura, los cuales son:

IV.1.b.i. Falla de Base o Profunda: Se produce en arcillas blandas. La parte superior del talud desciende (ver figura IV.1.b.i), mientras que el terreno a nivel situado posterior al pie del talud se levanta.

Figura IV.1.b.i. Falla de Base o Profunda

III.1.b.ii. Falla de Pie de Talud: Se produce en taludes de gran pendiente y en suelos que tienen un ángulo de fricción interna apreciable. La parte superior del talud

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Taludes desciende, mientras que el terreno situado cerca del pie del talud se desplaza hacia afuera como se aprecia en la figura IV.1.b.ii.

Figura IV.1.b.ii. Falla de Pie de Talud

IV.1.b.iii. Falla de Talud: Es un caso especial de la falla de pie de talud en el que la presencia de un estrato duro limita la extensión de la superficie de falla, tal cual se aprecia en la figura IV.1.b.iii.

Figura IV.1.b.iii. Falla de Talud

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Taludes V.

IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE FALLA

Las fallas se presentan en diferentes tipos de suelos por lo que no es tan fácil identificarla de manera inmediata, por lo que es necesario desarrollar una serie de ensayos que ayudarán a discernir la falla a la cual estamos presentes. La obtención de información necesaria consta las siguientes fases: En la primera fase se debe recopilar la información disponible (oral y escrita) acerca del sitio de estudio, desde relatos de eventos pasados por parte de los lugareños, hasta estudios geológicos y geotécnicos previos, incluidos los planos topográficos, pluviosidad y sismicidad de la zona. La segunda fase es el trabajo de campo en el cual se ejecutan ensayos en el sitio y se obtienen muestras de suelo. La tercera fase consiste en el trabajo de laboratorio para determinar las propiedades y características del material mediante ensayos de caracterización y resistencia, para posteriormente identificar el tipo de falla.

V.1.Tipos de ensayos

V.1.a. Ensayos de campo: En el campo se busca obtener la mayor cantidad de información posible. Para lograr este objetivo es necesario realizar los ensayos que mejor se relacionen con el tipo de suelo presentes, ya que a partir de ellos y mediante correlaciones desarrolladas a lo largo del tiempo se pueden inferir ciertas propiedades de los materiales en estudio. Algunos de los ensayos para la caracterización de suelos son:

V.1.a.i. Calicatas: Son excavaciones que permite observar con detalle la estratificación del suelo y el acceso directo para tomar muestras o incluso poder realizar ensayos in situ (ver imagenV.1.a.i). Sin embargo este ensayo no se puede realizar a gran profundidad (5 metros máximos), lo que hace que no sea factible su ejecución en algunos taludes, ya que poseen una falla superior a los 5 metros de profundidad o al ser tan inclinado el talud tiene un mayor nivel de inestabilidad, al montar el equipo necesario hace que este aumente las fuerzas desestabilizadoras, provocando deslizamiento.

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Taludes

Imagen V.1.a.i.Ensayo de calicata

V.1.a.i.Sondajes: son agujeros de pequeño diámetro que permiten registrar la resistencia o compactación del tipo de suelo a analizar. Existen diferentes técnicas de perforaciones, pero en el caso de taludes los más utilizadas son:

Prueba de penetración estándar - SPT (ASTM-1586): Este ensayo consiste en hundir una serie de barras de acero terminadas en un cilindro hueco muestreado (cuchara normal) dentro del suelo mediante golpes repetidos de una masa (63,5 Kg) cayendo a 76 (cm) de altura, como se parecía en la imagen V.1.a.i.SPT.

Imagen V.1.a.i.SPT.Ensayo de penetración estándar

En este ensayo se cuantifican los números de golpes que son necesarios para hundir 30 (cm) del muestreado, este valor numérico de golpes se correlacionan empíricamente con la resistencia del suelo, logrando así determinar la superficie de falla del talud.

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Taludes Prueba de penetración de cono - CPT (ASTM D-3441): Este ensayo permite medir la resistencia a la penetración de un cono en el subsuelo, tanto de la parte inferior del cono como en las paredes de una extensión cilíndrica (imagen V.1.a.i.CPT).

Imagen V.1.a.i.CPT.Prueba de penetración de cono

V.1.b. Ensayo de laboratorio: En el laboratorio se busca identificar el tipo de material con el que se está tratando y establecer los parámetros del suelo (resistencia) requeridos para los análisis posteriores. V.1.b.i. Ensayos de clasificación: Lo primero que se debe realizar en el laboratorio es identificar visualmente las muestras de suelo de los sondajes y calicatas para prever el tipo y número de ensayos posteriores. A continuación se identifican los ensayos más frecuentes para clasificar suelos: Granulometría por tamizado: para determinar la proporción del tamaño de las partículas que componen dicha muestra. Límites de Atterberg: se definen arbitrariamente y determinan el contenido de humedad del suelo en diferentes estados. Peso unitario: para medir el peso del suelo en un determinado volumen. Gravedad específica: para medir la densidad de las partículas que componen el suelo. V.1.b.ii. Ensayo de resistencia: Estos ensayos tienen por finalidad estimar la resistencia del suelo, sea de un suelo drenado o no drenado previamente, un claro ejemplo de ello es el ensayo triaxial.

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Taludes

VI.

ESTABILIDAD DE LOS TALUDES

VI.1 Análisis de la estabilidad

Los métodos de equilibrio límite son los encargados de analizar las masas que podrían ser inestables y consisten en la comparación de las fuerzas que apoyan al movimiento y las que se resisten a este a lo largo de una superficie de rotura. Las fuerzas que resisten al movimiento son la cohesión y la fricción del material, y las fuerzas que apoyan los movimientos del talud se denominan factores de desestabilización. Los análisis que proporcionan el valor de estas fuerzas se denomina factor de seguridad (Ecuación VI.1)

.

=

Ecuación VI.1

Se determina la estabilidad por el factor de seguridad mediante los siguientes criterios: Si F.S. ≤ 1.07, El talud casi siempre falla. Si 1,07 < F.S. ≤ 1.25, El talud a veces falla. Si F.S. > 1.25, El talud casi nunca falla.

VI.1. Factores desestabilizadores y medidas de estabilización

La inestabilidad de un talud y la consecuente formación de deslizamientos, puede estar originada por numerosos y distintos factores, o por la combinación de estas.Cabe destacar que existen cuatro factores que poseen mayor importancia (geométricos, hidrogeológicos, cargas y erosión). Al estudiar la medida de estabilización del talud, debemos tener en cuenta que cada método depende directamente del factos que afecta al talud, tal cual como se indica en la tabla V.1.

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Taludes

FACTORES HODROGEOLÓGICAS La presencia de agua en un talud reduce su estabilidad al disminuir la resistencia del terreno y aumenta su inestabilidad. Este factor ocasiona los siguientes efectos más importantes en el talud: Aumento de tensión entre grietas del suelo que incrementa las posibilidades de deslizamiento (reblandamiento del terreno). Aumento de Saturación Erosión producida por el flujo de agua, ya sea superficial o internamente. Cambios en composición mineralógica del material componente del suelo. Aumento de nivel Hidrostático que genera un empuje. Cabe destacar que el agua influye de manera dista según el origen que tenga (ríos, lluvia y aguas subterráneas).

EROSIÓN La erosión es la degradación y el transporte de material del suelo, por medio de un agente dinámico (agua lluvia y viento). El viento remueve las partículas superficiales del plano inclinado del talud generando con el tiempo puntos débiles desde los cuales es posible generar una falla. El agua lluvia por su parte, es un agente que erosiona de manera más invasiva debido a la fuerza que puede llegar a caer y el escurrimiento que provoca.

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MEDIDAS DE ESTABILIZACIÓN DRENAJE Su finalidad es eliminar o disminuir el agua presente en el talud disminuyendo las presiones intersticiales. El drenaje puede ser: • Drenaje Superficial: Evita que las aguas de escorrentía se infiltren en el talud. Las aguas se canalizan y evacuan mediante zanjas o cunetas de drenaje que se suele situar en la cabecera o los laterales del talud. También se encuentran la canalización o desvío de arroyos o canales. • Drenaje Profundo: Disminuye en nivel freático evacuando el agua del interior de talud. Esto se puede hacer mediante los drenajes horizontales (dirigido a las cunetas) y verticales (pozos).

ACCIÒN BIOLÒGICA Su objetivo atenuar la degradación superficial. Se considera acción biológica a cualquier tipo de recubrimiento vegetal. Se necesitan ciertas consideraciones de factores para que su resultado sea óptimo, como la calidad del suelo, la situación geográfica, el clima, las precipitaciones, etc. OTROS TIPOS Mallas metálicas Materiales geotextiles

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Taludes

SOBRECARGAS Modifican las condiciones fuerzas. Estas pueden ser:

MUROS DE CONTENCIÓN iníciales

de

Sobrecargas estáticas: Cualquier carga adicional que se encuentre en la cabecera del talud (ej. Peso de estructuras ahí construidos, rellenos, paso de vehículos, etc).

Toda aquella estructura que se realice a los pies del talud con el objetivo de incrementar la fuerza resistente de forma activa (peso propio, inclusión de tirante, entre otros), y considerándolo en forma pasiva, opone el movimiento de la masa de suelo. Estos pueden ser: Muros de gravedad

Sobrecarga dinámica: Movimientos naturales (sísmicos y vulcanismo) o inducidos (trabajos cercanos al talud que generen una frecuencia considerable) y la vibración producida por desprendimientos cercanos del talud. Muros anclados

Muros pantallas Eliminar el peso en la cabecera del talud.

GEOMETRÍA La geometría del talud está directamente relacionada con la altura y el ángulo de inclinación que ese posee, el cual depende de la naturaleza del suelo. Cabe destacar que los taludes de origen natural poseen una mayor irregularidad en su superficie tendiendo más al colapso.

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MODIFICACIÓN DE LA GEOMETRÍA Mediante la modificación de la geometría que presenta el talud se busca distribuir de mejor manera las fuerzas provocadas por el peso del suelo, obteniéndose una nueva configuración de mayor estabilidad. Las acciones más frecuentes son : Disminuir el ángulo con respecto a la

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Taludes horizontal del talud (a menor ángulo mayor estabilidad).

Aumentar el peso en el pie del talud (muros, escolleras, gaviones escalonamiento).

Escalonar el talud atreves de construcción de bermas y bancos.

Tabla V.1

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Taludes VII.

CONCLUSIÓN

Los taludes son estructuras que poseen múltiples partes las cuales determinan o, más bien dicho, dejan en claro el vestigio de su comportamiento. Cada tipo de talud posee diferente comportamiento, por lo tanto, se debe considerar y estudiar para cada uno diferentes métodos de estabilización. Los taludes son estructuras que poseen un gran nivel de inestabilidad, por lo cual, se debe estar monitoreando constantemente, ya que se debe considerar que el comportamiento de este bajo ciertos factores tendrá distintos resultados. En el momento que se desee estudiar un talud se debe tener muy presente el tipo de ensayos que se requiera realizar, porque no todos los ensayos son aplicables para todos los taludes. Un claro ejemplo de esto son los ensayos de calicatas, los cuales no son aplicables a todo los taludes debido a la poca profundidad que posee. No todas las medidas de estabilización para un cierto factor son aplicables a todos los tipos de taludes. Por ejemplo, si tenemos un talud con una falla profunda que se encuentra afectado por una sobre carga, no se podrá instalar un muro de gravedad, pero sí en el caso que tengamos una falla de pie.

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Taludes VIII. • • • • •

BIBLIOGRAFÍA

Unidad 3, Estabilidad de Taludes, Suelos II, Profesor Ricardo Riveros. Manual de Taludes, Instituto Geológico y Minero de España. Geotecnia de Taludes, libro facilitado por el profesor guía. Estudio de Caso: Vulnerabilidad de los Sistemas de Agua Potable Frente a Deslizamientos Material de apoyo de profesor Héctor Venegas.

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