6. ESTABILIDAD DE TALUDES.6.1TIPOS Y CAUSAS DE FALLAS EN

TALUDESA una superficie de terreno inclinado se le llama talud, pueden ser producto de cortes o terraplenes para diferentes obras, como pueden ser, presas de tierra, vías terrestres, plataformas industriales, puertos, etc.; también pueden tener un origen natural, y en este caso se les conoce como laderas.

En los taludes por ser inclinados, la fuerza de gravedad juega un factor importante en su estabilidad, porque existe una componente sobre la masa del suelo que induce a que éste se deslice sobre una superficie de falla cuando se supera la resistencia al corte.

Los tipos de fallas en taludes son muy variados, en laderas se encuentran:

Fallas por deslizamiento superficial: que se deben a fenómenos cerca de la superficie por la falta de presión normal confinante con desplazamientos muy lentos semejantes a un flujo viscoso.

Fallas por erosión: provocadas por agentes erosivos como lo son el viento y el agua.

Fallas por licuación: cuando la presencia de agua y un movimiento vibratorio reducen la resistencia al esfuerzo cortante del suelo, prácticamente a cero.

Sin embargo una de las fallas más preocupantes en los diferentes tipos de taludes es la falla por movimiento del cuerpo del talud o deslizamiento de tierras, dividiéndose en:• fallas por rotación • fallas por traslación

las primeras se suceden a través de una superficie de falla curva.

la segundas a través de un plano débil ligeramente inclinado en el cuerpo del talud o en la cimentación.

Las fallas de talud de deslizamiento de tierras por rotación se consideran prácticamente circularmente cilíndrica y se pueden clasificar como: falla de pie de talud, falla superficial y falla de base o profunda.

Fig. 1 Falla de pie de talud Fig. 2 Falla local

Fig. 3Falla de base o profunda

6.2 MÉTODOS DE ANÁLISIS

Los métodos de análisis para las fallas de talud de deslizamiento de tierras, básicamente consisten en determinar una superficie de falla en la cual puede ocurrir un desplazamiento de la masa del suelo (como un cuerpo rígido), y se comparan la acciones actuantes sobre esta superficie contra la resistencia cortante del suelo en la misma, al coeficiente de las acciones actuantes y la resistencia al cortante se le conoce como factor de seguridad, el cual debe ser mayor de la unidad, en la práctica se considera un talud estable con factores de seguridad mayores o iguales a 1.5, sin embargo esto dependerá de cada caso especifico en función de la importancia de la obra y el grado de incertidumbre del diseño.

• SEGURIDAD CONTRA ROTACIÓN

• SEGURIDAD CONTRA TRASLACIÓN

En los taludes de arenas (puramente friccionante), la estabilidad se logra con que el ángulo de talud (α) sea menor que el ángulo de fricción interna (ϕ), considerando un “factor de seguridad”.

Con la finalidad que la superficie del talud no tenga erosión excesiva.

MÉTODO SUECO – CASAGRANDEEste método recibe su nombre por los primeros estudios que hizo el Ingeniero Sueco Petterson sobre los análisis de estabilidad de taludes en los deslizamientos del puerto de Gotemburgo al suroeste de Suecia, en el cual se considera que la superficie de falla es de tipo cilíndrica, aplicado a suelos de tipo puramente cohesivo, A. Casagrande propone el siguiente procedimiento:Suelos puramente cohesivos

Por lo que la formula de resistencia al esfuerzo cortante queda:

• Se considera un arco de circunferencia con centro en O y de radio R, como la superficie hipotética de falla, la masa de suelo del talud delimitada por esta circunferencia se moviliza rotando con respecto al punto O.

Fig. 7.4 Método Sueco

El momento actuante con respecto al origen de la circunferencia, es el producto del peso de la masa de suelo del talud delimitada por el segmento de circunferencia, multiplicado por la distancia entre su centro de gravedad y la vertical del origen del círculo.

𝑀𝐴=𝑊∗𝐷

Ejemplo• Determinar el factor de seguridad de la superficie de

falla propuesta en un talud de 4 metros de altura, con una inclinación de 45º, utilizando el método sueco para un suelo puramente cohesivo con un peso volumétrico de 1.6 t/m2 y una cohesión de 2 t/m2.

Descomponiendo el segmento circular en cuatro figuras en que se determinen prácticamente sus áreas y sus centros de gravedad, BCD, ABD, ADF y FDE; se tiene:

FIGURA PESO (W) DISTANCIA (d) MOMENTO(M)

1 1.76 t 0.0 m 0.0 t-m

2 12.80 t 0.67 m 8.58 t-m

3 5.89 t 2.61 m 15.37 t-m

4 2.39 t 3.13 m 7.49 t-m

MA= 31.44 t-m

Momento actuante

Cálculos

• Momento resistente Formula:

Factor de seguridad

Formula: 2.2

Análisis de círculos críticos

• Uno de los problemas que se presentan en los métodos anteriormente descritos, es el conocer en un talud, cual es la superficie de falla con el menor factor de seguridad, con lo que se conocería el grado de estabilidad.

En taludes de material cohesivo homogéneo en el cuerpo y en su cimentación, se han realizado estudios para determinar sus círculos críticos, un estudio establece que el ángulo de inclinación del talud con la horizontal, marca una frontera en los 53º, que establece:

Angulo del talud con la horizontal

Tipo de falla en talud

Pie de talud

De base o profunda

Tabla 1. frontera del ángulo de inclinación del talud y tipo de falla

Para encontrar un círculo crítico es preciso buscar la superficie de falla que dé el factor de seguridad mínimo. Considérense los siguientes análisis:Primero, si el centro de la circunferencia se mueve sobre una trayectoria horizontal:

El arco de las superficies de falla desplazándose horizontal el centro de la circunferencia no cambia, por lo tanto el momento resistente MR no cambia, por lo que el factor de seguridad FS será mínimo, cuando el momento actuante MA sea máximo.• FORMULA

𝑀𝐴=𝑀1+𝑀 2+𝑀 3+𝑀 4

Fig. Modelo para determinar el círculo crítico, moviendo el centro en forma horizontal

Derivando con respecto a x e igualando a cero

• Por lo anterior el círculo crítico que se tiene producto del mover en forma horizontal el centro de un circulo de falla, está ubicado cuando el centro O, se encuentra en la vertical del centro del talud.

• Segundo, si se coloca el centro de la circunferencia que representa la superficie de falla en el centro del talud, el factor de seguridad mínimo se presenta cuando el radio tiende a infinito, pero es preciso encontrar el ángulo central de este factor de seguridad mínimo.

Fig. modelo para determinar el circulo critico en función del ángulo central momento resistente.

• Momento resistente MR

• Momento resistente MR

• Falla incipiente (FS=1)

• La cohesión teórica el equilibrio (falla incipiente)

• El máximo valor de N es 0.181, cuando el ángulo θ vale 1.165 radianes (66º 45´), en el intervalo (0,2π), por lo tanto, la cohesión teórica de equilibrio es:

Para el ángulo central

Prevención y corrección de fallas en taludes

• Con la finalidad de mejorar la estabilidad de los taludes desde el punto de vista de prevención y corrección de fallas de taludes, se pueden establecer las siguientes recomendaciones.

• Disminuir la pendiente del talud. Esta solución como prevención o corrección de fallas de taludes, es efectiva en suelos friccionantes y cohesivo friccionantes, si las condiciones físicas y económicas lo permiten, sin embargo en suelos cohesivos la ventaja de disminuir la pendiente, no garantiza un incremento significativo en la seguridad en cuanto a la estabilidad del talud.

• Construcción de bermas o banquetas. Esta solución se emplea también lo mismo para prevenir como para corregir, y consiste en colocar una berma o banqueta de suelo en la parte baja del talud, con la intención de reducir el momento actuante con el peso de la berma, y de ser posible incrementar el momento resistente.

Fig. berma o banqueta

• Estabilización de suelos. Esta solución se emplea para prevenir fallas de taludes, consiste en adicionar substancias cementantes al suelo, para mejorar las características físicas del talud (aumentar su resistencia al cortante), este procedimiento tiene las desventajas de ser caro y su proceso constructivo es complejo.

• Muros de retenimiento. Esta solución se emplea cuando el desarrollo del talud es limitado por las necesidades de los proyectos, y se debe de tener cuidado para que el nivel de desplante del muro quede por debajo de la superficie de falla.

• Drenaje. La principal causa de fallas de taludes, está relacionada con la presencia del agua fluyendo dentro del suelo, es común escuchar y ver en las noticias que en la temporada de lluvias existen fallas en taludes (en especial en laderas), a excepción de las presas de tierra, en los taludes deben de proyectarse obras de drenaje como cunetas, contracunetas, drenajes, etc., que elimine filtraciones y flujo de aguas.