Talud, clasificación y diseño con recomendaciones


Generalidades

Un talud es cualquier superficie inclinada con respecto a la horizontal adoptando esa posición de forma temporal o permanente y con estructura de suelo o de roca.

Tipos de taludes

  • Naturales: Son formados por la naturaleza a través de la historia geológica
  • Artificiales: Necesitan de la intervención del hombre y son ejecutados para construir: carreteras, represas ferrocarriles, etc. “taludes, cortes, terraplenes.

Cuando se va a construir taludes en presas de enrocamiento o de tierra, es de gran cuidado el diseño de talud, ya que si la represa falla se las poblaciones aguas abajo.

Diseño de taludes

Diseño límite o análisis límite para taludes:
1. Suponer una superficie de falla.
2. Aplicar los criterios de resistencia de material que esta hecho el talud y compararlos para saber si con tal resistencia el mecanismo adoptado falla.

Tipos y causas de fallas más comunes

Falla en un talud: ocurre como un deslizamiento de la masa de suelo, actuando como un sólido de cuerpo rígido que se desliza a lo largo de la falla.

Superficies de falla:
1) Superficies curvas: propuesta por Collin en 1845 perfeccionado por Peterson en 1916 en Suecia y Fellenius en 1927 fue el creador del método Sueco que es el que más se acerca a la realidad.
2) Superficies planas: Coulomb.
3) Superficie de la espiral logarítmica: fue propuesta en 1935 por Rendulio e inmediatamente después Taylor llego a resultados iguales.

Tipos de falla más comunes

  • Falla por deslizamiento superficial : depende del tiempo y el clima.
  • Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes: el más sencillo es el que aparece en laderas formadas por depósitos de talud sobre otros materiales firmes estratificados.
  • Falla por movimiento de talud
  • Falla por rotación: es una superficie de falla curva, a lo largo de la cual ocurre el movimiento de talud.
  • Fallas por traslación: ocurre a lo largo de superficies débiles estos suelen ser horizontales o muy poco inclinados.
  • Flujo: asemeja al flujo de un liquido viscoso pueden ocurrir en cualquier forma no cementada.
  • Falla por erosión: se da en la superficie provocada por el arrastre del viento, agua, etc.
  • Falla por licuación: se da cuando esta de una forma más o menos firme a la correspondiente a una suspensión.
  • Falla por capacidad soportante: ustedes ya saben.

Parámetros de resistencia al esfuerzo cortante que deben usarse en los diferentes análisis de estabilidad

Estabilidad de taludes

Consiste en determinar un ángulo del talud para el cual en condiciones normales, bajo condiciones de agua, bajo un flujo de agua que se produzca sobre la masa de suelo o deformaciones provocadas por cortante de tal manera que el talud se mantenga en equilibrio plástico, esto será posible si en un punto dado se mantienen los esfuerzos del talud provocados dentro de la masa de talud, sean iguales o mayores que la resistencia del suelo.

El análisis de talud debe hacerse tomando en cuenta las fuerzas resistentes como propiedad.
Un talud se considera estable si el ángulo de inclinación fuera menor dentro de cierto rango de seguridad que el ángulo calculado.

Causa de movimiento de taludes

  1. Los suelos que forman un talud con la contribución del agua se vuelven inestables y por lo tanto tiende a moverse hacia la parte inferior ya sea por gravedad u otras fuerzas o cargas excéntricas al incrementarse o cuando la resistencia del suelo disminuyen de tal manera que las fuerzas que se oponen al movimiento en total, son menores que las que lo provocan y al ser de esa manera se produce la falla de talud.
  2. Los suelos no estables se deslizaran a través de superficies de falla preferenciales.
  3. En la naturaleza existen.
  4. Suelos No cohesivos: suelos granulares o arenas puras, la superficie de falla es plana. Los taludes construidos sobre macizos no cohesivos, serán estables si el ángulo de inclinación del talud es menor que el ángulo de fricción interna de la arena, o sea el ángulo de fricción interna natural de l arena en equilibrio plástico.
  5. Suelos Cohesivos: superficie de falla es curva o circular por lo tanto el análisis en la estabilidad del talud se aplicarán los métodos de diseño de “estabilidad de talud”.
  6. Suelos Cohesivos: El ángulo de inclinación del talud es superior al ángulo de fricción interna ß=f. La superficie de ruptura se profundiza indefinidamente.
  7. En suelos cohesivos con taludes muy inclinados la falla ocurre a lo largo de superficies circulares restringidas a una zona superficial de espesor Z1.
  8. La superficie del talud puede tener planos de ruptura rectos, estos pueden ser sustituidos para el estudio práctico por superficies de ruptura circulares o de espirales logarítmicas.

Métodos de diseño de taludes

  • Método de Culmana para taludes naturales.
  • Circulo de fricción. Aplicado para rellenos de gran altura en carreteras.
  • Método de fellenius para presas de tierra.
  • Método de Bishop.
  • Método de Spencer donde el FS en menor.
  • Método de Jambu considera cualquier superficie de ruptura no circular.
  • Método de Morgestern and Price  es el método general.

Significado del análisis de estabilidad de taludes

Factor de Seguridad: relación entre valores max que resisten(corresponden a la resistencia de los suelos) y las grandezas o valores que provocan el movimiento.

El factor de seguridad  en un punto del talud depende del plano de falla considerado. Y el FS a lo largo de una superficie de falla es el que toma en cuenta la tensión cortante disponible y la tensión cortante al equilibrio, es decir la suma de todas las fuerzas actuantes.

Factores del FS

Valores de factores de seguridad:

  • =1 Equilibrio.
  • <1 Seguridad cuestionable.
  • 1-1.25 Inestable.
  • 1.25-1.40 Seguridad Relativa.
  • =1.50  Satisfactorio para taludes
  • =1.50 Satisfactorio para taludes de presas de tierra o enrocamiento.

El factor de seguridad para la superficie de falla, se compone con un FSmin = 1.5

  • FS=1: equilibrio, tiende a la falla.
  • FS>1 : relativamente estable.
  • FS<1 : inestable.

Clasificación de Varnes del tipo de movimiento de masas

  1. Depende del tipo de suelo, arenosos, cohesivos, si el suelo es residual.
  2. Depende de la geología: forma en como fueron depositados los elementos.
  3. De la geomorfología.
  4. Topografías.
  5. Hidrología Local.

Cuando hay deslizamiento se exige que se verifique la presencia o efecto del agua, es decir ver si existe poropresión con infiltración y verificar si el suelo esta saturado porque cuando el suelo esta saturado se producen movimientos progresivos de la masa.

Los suelos en la naturaleza se presentan de la siguiente manera

  1. Raramente homogéneas o sea sin estratificación .
  2. Suelos químicamente homogéneos.
  3. Suelos sobre-consolidados, presentan fisuras y grietas que constituyen puntos débiles de la estructura y por lo tanto se consideran sin estratificación.

Según Varnes:

Tipo de Suelo: Descripción

  • A: Suelos sueltos, arenas húmedas.
  • A1: Mezcla de grasas, arenas y limos sueltos depositados en arcilla.
  • B: Suelos suaves, arcillas fisuradas.
  • C: Suelos duros con arcillas fisuradas.
  • D: Arcillas en extensiones planas con bolsas de arenas o limos.

Agentes y Causas de los Movimientos (según Guidicine)

Causa: Forma de actuación del agente que produce el deslizamiento, y el más importante es el agua, los cuales provocan:

  • Aumento de peso.
  • Disminución de cortante.
  • Disminución de la cohesión.
  • Aumento de las poropresiones o presión hidrostáticas  a través de los planos en que actúan.

Agentes predisponentes al deslizamiento

Predisponen, facilitan y cooperan al deslizamiento

  • Formación geológica.
  • Morfológico-Topográfico.
  • Climático-Hidrológico.
  • Gravedad.
  • Calor solar.
  • Tipo de vegetación.

Agentes Efectivos:

  • Pluviosidad.
  • Capacidad de disolución química.

Inmediatos:

  • Lluvia intensa.
  • Sismo.
  • Acción del hombre.

Causas:

  • Internas: Factores que reducen la resistencia.
  • Externas: Factores que aumentan las tensiones cortantes.
  • Intermediarias: Licuefacción espontanea, descanso rápido del nivel del agua.

Partes del talud

  • Falla local.
  • Falla por el pie del talud.
  • Falla de la base o cimentación del talud.

Estabilidad de taludes de excavación para edificaciones

La seguridad y estabilidad de excavaciones sin soporte se revisará tomando en cuenta la influencia de las condiciones de presión del agua en el subsuelo así como la profundidad de excavación, la inclinación de los taludes, el riesgo de agrietamiento en la proximidad de la corona y la presencia de grietas u otras discontinuidades.

Se tomará en cuenta que la cohesión de los materiales arcillosos tiende a disminuir con el tiempo, en una proporción que puede alcanzar 30 por ciento en un plazo de un mes.

Para el análisis de estabilidad de taludes se usará un método de equilibrio límite considerando superficies de falla cinemáticamente posibles tomando en cuenta en su caso las discontinuidades del suelo. Se incluirá la presencia de sobrecargas en la orilla de la excavación.

También se considerarán mecanismos de extrusión de estratos blandos confinados verticalmente por capas más resistentes. Al evaluar estos últimos mecanismos se tomará en cuenta que la resistencia de la arcilla puede alcanzar su valor residual correspondiente a grandes deformaciones.

Se prestará especial atención a la estabilidad a largo plazo de excavaciones o cortes permanentes que se realicen en el predio de interés. Se tomarán las precauciones necesarias para que estos cortes no limiten las posibilidades de construcción en los predios vecinos, no presenten peligro de falla local o general ni puedan sufrir alteraciones en su geometría por intemperización y erosión, que puedan afectar a la propia construcción, a las construcciones vecinas o a los servicios públicos. Además del análisis de estabilidad, el estudio geotécnico deberá incluir en su caso una justificación detallada de las técnicas de estabilización y protección de los cortes propuestas y del procedimiento constructivo especificado.

En los casos que se requiera el uso de entibados, los empujes a los que se encuentran sometidos los anclajes o puntales se estimarán a partir de una envolvente de distribución de presiones determinada por modelaciones analíticas o numéricas y de la experiencia local debidamente sustentada. En arcillas, la distribución de presiones se definirá en función del tipo de arcilla, de su grado de fisuramiento y de su reducción de resistencia con el tiempo.

Cuando el nivel freático exista a poca profundidad, los empujes considerados sobre los entibados serán por lo menos iguales a los producidos por el agua. El diseño de los entibados también deberá tomar en cuenta el efecto de las sobrecargas debidas al tráfico en la vía pública, al equipo de construcción, a las estructuras adyacentes y a cualquier otra carga que deban soportar las paredes de la excavación durante el período de construcción.

En el caso de anclajes precargados, se tomará en cuenta que la precarga aplicada inicialmente puede variar considerablemente con el tiempo por relajación y por efecto de variaciones de temperatura.

Los elementos de soporte deberán diseñarse estructuralmente para resistir las acciones de los empujes y las reacciones de los anclajes o puntales y de su apoyo en el suelo bajo el fondo de la excavación.

Referencias:

  • NSR-10 Capítulo H.1, Estudios Geotécnicos.
  • Apuntes diversos por experiencias.
2018-02-25T13:28:24+00:00
Ingeniero Civil, Fotógrafo, Fundador y CEO de la Revista Ingeniería Real. Revista de Ingeniería, Arquitectura, Ciencia y Tecnología.

7 Comments

  1. Rafael Tejeda baez 29 enero, 2016 en 9:49 AM - Responder

    Rafael muy buenos detalles en suelos

  2. daniel 10 septiembre, 2014 en 5:53 PM - Responder

    muy muy buena la información

  3. lucho 25 agosto, 2014 en 3:29 PM - Responder

    felicitaciones buena información y muy concretas

  4. Fermín Porfirio Arizmendi Lugo 20 junio, 2014 en 12:30 AM - Responder

    TE FELICITO EL CONOCIMIENTO HAY QUE PROPAGARLO PARA ERRADICAR UN POCO LA IGNORANCIA

  5. Erika Carpio 14 junio, 2014 en 12:40 PM - Responder

    buena informacion

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