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I. ATECEDENTES Y DEFINICIONES Los taludes son masas de tierra (suelo o roca) que presentan inclinación con respecto a la horizontal. Los taludes se clasifican según su formación en: * Naturales (laderas) y * Artificiales como cortes, terraplenes y excavaciones Uso de los taludes Presas de materiales graduados Cortes y terraplenes en carreteras y ferrocarriles Excavaciones para cimentar edifícios o alojar vialidades Canales Acceso a puentes carreteros

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I. ATECEDENTES Y DEFINICIONES

Los taludes son masas de tierra (suelo o roca) que presentan inclinación con respecto a la horizontal. Los taludes se clasifican según su formación en:

* Naturales (laderas) y * Artificiales como cortes, terraplenes y excavaciones

Uso de los taludes

Presas de materiales graduados Cortes y terraplenes en carreteras y ferrocarriles Excavaciones para cimentar edifícios o alojar vialidades Canales Acceso a puentes carreteros

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Nomenclatura de un talud

El costo del talud depende de su longitud, para β = 90° el talud es económico

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El término estabilidad de taludes se refiere a dos aspectos:

Estudio de la estabilidad de taludes existentes Análisis y diseño de cortes, terraplenes y excavaciones, de tal forma que se satisfagan los requisitos de seguridad

El análisis de estabilidad de un talud consiste en determinar:

Las fuerzas o momentos actuantes (esfuerzos cortantes) y Las fuerzas o momentos resistentes, (resistencia al esfuerzo cortante)

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I.1. Causas de fallas más comunes

Los procesos responsables de fallas en taludes se dividen en:

Causas externas que producen un aumento de los esfuerzos cortantes, tales como: - Peso del bloque deslizante y sobrecarga en la parte superior del talud (relleno) - La lluvia que provoca la presencia de agua en grietas o empuje hidrostático lateral -Fuerzas de filtración por vaciado rápido en laderas naturales o terraplenes parcialmente sumergidos, - Vibraciones y fuerzas sísmicas.

Causas internas que disminuyen la resistencia al esfuerzo cortante, tales como: - Presión de poro y, - Excavación en el pie del talud

La colocación de relleno en la parte superior del talud y la excavación en el pie del talud son dos procesos comunes que afectan a carreteras

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I.2. Tipos de fallas más comunes

Los mecanismos de falla en taludes se escogen dependiendo de la posibilidad de ocurrencia, los más comunes en taludes naturales o artificiales son:

1. Deslizamiento superficial, laderas, Figura No. 1 El talud esta sujeto a fuerzas naturales que tienden a provocar que porciones de suelo próximas a la superficie, deslicen hacia abajo a causa de la falta de esfuerzo confinante. Esta zona queda sujeta a un flujo viscoso que se desarrolla con lentitud. Causas: Aumento de las cargas actuantes en la corona del talud, disminución de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo y la presencia de planos de falla predefinidos por consideraciones geológicas. Efectos: Movilización de una gran cantidad de material, el proceso es muy lento, se detecta por que la inclinación de árboles y por la acumulación de suelos.

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1.- Deslizamiento en laderas sobre superficies de falla preexistentes, Figura No. 2 Este fenómeno es peligroso en laderas y generalmente abarca áreas tan importantes que cualquier solución para estabilizar una estructura alojada en esa zona escapa de los limites económicos, no quedando mas recurso que un cambio en la localización de la obra. Por lo general, los planos de falla son definidos por estructuras y procesos geológicos. Se presentan dos casos: El deslizamiento superficial de laderas formadas por depósitos de talud sobre otros materiales firmes estratificados sigue la inclinación de la ladera. En este caso se observan con frecuencia superficies de falla planas, que siguen los contactos entre los depósitos de talud y los materiales mas resistentes de apoyo. Un caso particular son los planos de falla en suelos residuales: en general, los fenómenos de intemperismo han provocado un plano paralelo a la inclinación del talud, el plano de falla es el contacto del suelo residual con la roca madre. El deslizamiento de mecanismos de falla poco superficiales es producto del proceso de deformación bajo esfuerzos cortantes en partes más profundas, debidas a la estratigrafía heterogénea y a flujos de agua estacionales en el interior de la ladera. Este tipo de fallas se presenta en materiales cohesivos, donde las fuerzas gravitacionales actuantes por largo tiempo producen deformaciones grandes, que llegan a generar la superficie de falla. Una vez generada la superficie, la resistencia disponible a lo largo de ella será la resistencia residual correspondiente a los materiales en contacto.

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2.- Flujos, laderas, Figuras Nos. 3 y 4 Son movimientos rápidos en laderas naturales, es el flujo de un liquido viscoso. No existe, en si, una superficie de falla, o esta se desarrolla al inicio del fenómeno. Estas fallas ocurren principalmente en suelos arenosos y suelos cohesivos totalmente saturados, ver Figura No. 4, pero también pueden ocurrir en cualquier formación geológica no cementada como fragmentos de roca. También los flujos pueden ocurrir en materiales secos, ver Figura No. 3, este fenómeno se asocia a la presión de aire (succión), en los que éste juega un papel análogo al del agua en los fenómenos de licuaron de suelos.

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3.- Falla por movimiento del cuerpo del talud, laderas y taludes artificiales, Figuras Nos. 5, 6, 7 y 8 Son movimientos bruscos que afectan a masas considerables de suelo, con superficies de falla que penetran en el cuerpo del terraplén. Dentro de estos existen dos tipos claramente diferenciados: Superficies de falla curva, ver las Figuras Nos. 5 y 6, por facilidad esta superficie puede asimilarse a una circunferencia, fallas por rotación. Las fallas por rotación pueden presentarse por:

I el cuerpo del talud, falla local II el pie del talud III la base del talud (terreno de cimentación)

Falla a lo largo de un plano en el cuerpo del talud o en su terreno de cimentación, ver la Figura No. 7. Estos planos débiles suelen ser horizontales o muy poco inclinados respecto a la horizontal, fallas por traslación. La combinación de ambas fallas se presenta en la Figura No. 8, falla compuesta.

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4.- Fallas por erosión, laderas y taludes artificiales, Figura No. 9 Son fallas superficiales provocadas por arrastre constante del viento, el agua y la gravedad, de materiales sueltos en la superficie de los taludes. El fenómeno es tanto mas notorio cuando mas empinadas sean los taludes. Una manifestación típica del fenómeno suele ser la aparición de irregularidades en el talud, originalmente uniforme. Desde el punto de vista teórico esta falla suele ser imposible de cuantificar detalladamente, pero la experiencia ha proporcionado normas que la atenúan, si se aplican cuidadosamente. Es común este tipo de falla en formaciones rocosas, volteo. La falla se debe principalmente a planos de deslizamiento preexistentes que por acción de la presión de agua o un sismo pierden se estado de equilibrio y vuelcan talud abajo.

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5 Falla por falta de capacidad de carga en el terreno de cimentación Esta falla se presenta cuando el terreno de cimentación no es lo suficientemente resistente como para soportar la carga transmitida por el talud. Un caso particular es la falla por licuación en la base del talud, estas fallas ocurren cuando en la zona de deslizamiento el suelo pasa rápidamente de una condición firme a la correspondiente a una suspensión con perdida casi total de resistencia al esfuerzo cortante. El fenómeno puede ocurrir tanto en arcillas sensitivas como en arenas poco compactas.

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II. REVISIÓN DE LA ESTABILIDAD El análisis de la estabilidad de taludes consiste en verificar que no se presenten estados límites de falla y de servicio. Los estados límite de falla son: por falla local o general del talud por rotación, traslación y/o volteo y por desprendimientos asociados a defectos naturales o agrietamientos debidos a la excavación, y de servicio: alteración inaceptable de la geometría del talud por intemperización y erosión superficial. Los parámetros de resistencia requeridos para el análisis de estabilidad de taludes, deberán determinarse recurriendo al tipo de prueba que mejor represente las condiciones de drenaje que prevalezcan en el sitio, durante las diversas etapas de la vida útil de la obra. En la revisión de la falla local y general del talud, se usa un método de equilibrio límite considerando superficies de falla cinemáticamente posibles. El factor de resistencia que deberá aplicarse en la revisión de la falla general del talud, no será mayor 0.6 en condiciones estáticas y de 0.7 en condiciones dinámicas. En condiciones estáticas, para la revisión de la falla general del talud, las fuerzas o momentos actuantes serán afectados por un factor de carga no menor de 1.2 y de uno 1.1 en condiciones dinámicas.

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Estabilidad por rotación La revisión de la estabilidad por rotación será aplicable exclusivamente para terrenos que puedan considerase como homogéneos, donde la superficie de falla se podrá aproximar a un circulo. Estabilidad por traslación La revisión de la estabilidad por traslación será aplicable exclusivamente para terrenos interestratificados, donde la superficie de falla sea plana. Estabilidad por volteo La falla por volteo, deberá revisarse para taludes en roca o suelos endurecidos en que los planos de debilidad tienen echado muy grande o donde se presentan rocas estratificadas. Agrietamientos debidos a la excavación Se deberá determinar la zona de agrietamiento que sufrirá el talud debido a la excavación del mismo. Intemperización y erosión superficial Para la prevención de la intemperización y erosión superficial del talud, se deberán tomar en cuenta los siguientes factores: Ángulo del talud Agrietamiento por descompresión del suelo y/o roca Procedimiento de excavación

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II.1 Solicitaciones Las solicitaciones a considerar (ver Figura 10) en el proyecto de estabilización de taludes serán: el peso del bloque deslizante, la presión de agua, las fuerzas de filtración, sobrecargas, vibraciones, fuerzas sísmicas y las debidas a anclas, como se menciona en las siguientes fracciones.

Peso del bloque deslizante Para conocer el peso del bloque deslizante (W) es necesario conocer las fronteras que lo definen: superficie exterior, superficie de falla, grietas de tensión o fisuras preexistentes.

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Superficie de falla La forma de la superficie de falla se define de acuerdo con el mecanismo de falla cinemáticamente admisible que puede presentarse y con el análisis de estabilidad que se realice. Grietas en taludes en roca Las grietas de tensión en un macizo rocoso normalmente se abren en la parte superior del talud como consecuencia de esfuerzos de tensión generados en esta zona por efecto de la excavación y no representan por sí mismas una falla. Las fallas y las familias de fisuras que atraviesan un macizo pueden delimitar bloques inestables que deben ser analizados.

Grietas en taludes en suelo Las grietas de tensión en este tipo de talud se generan comúnmente en suelos cohesivos debido principalmente a la contracción por secado del suelo superficial y a la disminución del esfuerzo confinante debida a la excavación. En la Figura 11 se presentan los factores de reducción (μT) que pueden ser utilizados en la revisión de la estabilidad de un talud en suelo puramente cohesivo con una capa resistente a una profundidad D.

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Presión de agua Para el cálculo de la presión de agua en taludes en macizos rocosos, es necesario conocer el régimen de flujo de agua existente en el macizo en cuestión. Una forma conservadora y cómoda, de tomar en cuenta lo anterior es suponer que existe un tirante de agua zW en la grieta de tensión (vector V). La presión a lo largo de la superficie de deslizamiento disminuye según se indica en la Figura 10. Para taludes en suelos cohesivos, con un tirante de agua HW y un estrato duro a una profundidad D, el factor de reducción μW que puede utilizarse en la revisión de la estabilidad, se presenta en la gráfica de la Figura 12.

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Flujo de agua en taludes Para taludes analizados con parámetros de resistencia del suelo determinados en pruebas drenadas, se debe tomar en cuenta en su caso, la existencia de un flujo de agua. A partir de la red de flujo se estiman por una parte las presiones intersticiales a considerar en la superficie de falla (Figura 13) y, por otra parte las fuerzas de filtración que actúan sobre la masa potencialmente deslizante.

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Sobrecargas Para taludes en suelos cohesivos, con una sobrecarga q y un estrato duro a una profundidad D, el factor de reducción μq que puede utilizarse en la revisión de la estabilidad se presenta en la gráfica de la Figura 14. Para otros casos, la sobrecarga puede considerase como un vector Q, como se muestra en la Figura 10.

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Para limitar la velocidad de la partícula se debe tomar en cuenta lo indicado en la Tabla 2.

Vibraciones Un parámetro importante en el daño de taludes rocosos, es la velocidad máxima de partícula (v) producto de una explosión. Puede relacionarse con la distancia (R) a la que detona una carga de explosivos (We) por cada retardo, en la siguiente forma:

Los valores de α y β tienen grandes variaciones y dependen tanto del tipo de roca como de la forma como se detonan los explosivos. Pueden emplearse los valores indicados en la Tabla 1 considerando v en m/s, R en m y We en N. En el caso de taludes rocosos, se debe limitar la velocidad de la partícula a un valor menor de 0,05 m/s.

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Fuerzas debidas a anclas Cuando un talud es inestable, una de las soluciones para mejorar su estabilidad es emplear anclas. Las fuerzas que imponen estos elementos (F) pueden tomarse en cuenta como se presenta en la Figura 10. Se pueden considerar dos componentes: Uno normal al plano de deslizamiento que aumenta la resistencia por fricción, y otro paralelo al plano de deslizamiento, que se resta de las fuerzas actuantes.

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III. EL MÉTODO SUECO DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Los métodos de análisis límite disponibles para calcular la posibilidad de que se desarrolle un deslizamiento de tipo rotacional en el cuerpo de un talud, al igual que prácticamente todos los métodos de cálculo de estabilidad de taludes, siguen tres pasos fundamentales: 1. Se establece una hipótesis sobre el mecanismo de la falla que se producirá. Ello incluye tanto la forma de la superficie de falla como una descripción cinemática completa de los movimientos que se producirán sobre ella y un análisis detallado de las fuerzas motoras. 2. Se adopta una ley de resistencia para el suelo. Las leyes en uso en la actualidad ya han sido suficientemente discutidas en los cursos anteriores (Ley de Coulomb). Con base en tal ley se podrán analizar las fuerzas resistentes disponibles. 3. Se establece algún procedimiento matemático de "confrontación ", para definir si el mecanismo de falla propuesto podrá ocurrir o no bajo la acción de las fuerzas motoras, venciendo el efecto de las fuerzas resistentes.

La razón para que se utilice un método como el anterior es que no se ha desarrollado ninguno satisfactorio con base en una hipótesis convincente de distribución de esfuerzos en el interior de la masa del talud; de hecho, no existe hoy ninguna solución a tan fundamental cuestión que parezca prometedora, tal como se comentó en la introducción a este capítulo, razón por la cual no se pueden usar los métodos de cálculo de modelo más tradicional en problemas de ingeniería, que allí se bosquejaron.

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Con base en trabajos suyos y de sus colaboradores (Petterson y otros), Fellenius propuso la superficie circular como forma apropiada de la superficie de falla para muchos casos de deslizamiento en el cuerpo del talud. La superficie de falla es un cilindro, cuya traza con el plano del papel es un arco de circunferencia. En rigor, la adopción de esta hipótesis define la falla que en este capítulo ha sido llamada rotacional. La propuesta de Fellenius y su grupo de trabajo en el Real Instituto Geotécnico Sueco se popularizó extraordinariamente; cubre de un modo muy sencillo el punto 1 de las tres etapas de trabajo anteriormente enumeradas. Por otra parte, los avances generales en el campo de la Mecánica de Suelos hicieron posible abarcar el punto 2 de un modo cada vez más razonable. Pronto surgieron gran cantidad de procedimientos para cubrir el punto 3, arrancando de uno original del propio Fellenius y, de este modo, la hipótesis de falla circular se introdujo en la Mecánica de Suelos Aplicada. Actualmente, suele denominarse método sueco a cualquier procedimiento de cálculo de estabilidad de taludes que haga uso de la hipótesis de falla circular, aunque, de hecho, esta hipótesis puede manejarse de varios modos (variando el punto 3, sobre todo, pues hay bastante acuerdo en cuanto a la utilización de la ley de resistencia de Mohr-Coulomb). No se pretende presentar aquí todos los procedimientos de cálculo hoy en uso, en el fondo casi siempre muy parecidos, sino sólo los básicos para manejar los diferentes tipos de suelos en las circunstancias más comunes en la práctica.

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III.1 Suelos puramente cohesivos. El método sueco aplicado a taludes cuya ley de resistencia se exprese como: s = c. Se trata de analizar los casos en que la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos se expresa con base en los resultados de una prueba sin consolidación y sin drenaje (prueba UU), utilizando esfuerzos totales. Se estudiará, el caso de un talud de altura h excavado en arcilla, en que existe homogeneidad completa de material en el talud y en el terreno de cimentación, hasta una profundidad ilimitada. El procedimiento de cálculo que se propone para este caso fue establecido primeramente por A. Casagrande y en principio se puede utilizar para estudiar tanto fallas por el pie del talud como fallas de base. El procedimiento se describe con base en la Fig. 15.

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Considérese el arco de circunferencia de radio R y de centro en O como la traza de una superficie hipotética de falla, en la que se movilizaría la zona sombreada de la Figura 15. Las fuerzas actuantes, es decir, las que tienden a producir el deslizamiento, son el peso (W del área ABCDA), más cualquier sobrecarga que pudiera actuar en la corona del talud. El peso W se calcula considerando un espesor de la sección unitario en la dirección normal al plano del papel. El momento de las fuerzas motoras podrá expresarse como:

Mm= Σ W d (1) que incluye el peso de tierra más las sobrecargas que pudieran existir. Las fuerzas resistentes las generará la resistencia al esfuerzo cortante a lo largo de toda la superficie de falla supuesta y su momento en relación al mismo polo O será:

Mr = Cu L R (2) En el instante de la falla incipiente: Mm = Mr

y, por lo tanto, se podrá escribir para ese instante: Σ W d = Cu L R (3)

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Si se define un factor de seguridad, FS, como:

(4)

se podrá expresar la seguridad del talud en términos del valor de FS, siendo evidente que la condición de falla incipiente es FS = 1. Desde luego, no existe ninguna garantía de que el circulo escogido para efectuar el análisis sea el que conduce al factor de seguridad mínimo, por lo que el procedimiento anterior desembocará en un cálculo a base de tanteos, en el que se probará el número suficiente de círculos, hasta obtener una garantía razonable de haber encontrado el que produce el factor de seguridad mínimo susceptible de presentarse (círculo crítico); en este proceso de cálculo se analizarán tanto los círculos por el pie del talud como los correspondientes a falla de base, hasta garantizar la determinación del factor de seguridad mínimo en cualquier condición.

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Ejemplo 1 Determíne el factor de seguridad para el talud de la figura siguiente, con respecto al círculo de falla de prueba que se muestra. Las propiedades del suelo son:

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Notas: * Se consideró del centro de cada dovela (2.5/2) al eje vertical del círculo ** En este ejercicio no se realizó la corrección de área por dovela θ = 99 ° R = 17.44 m L =π2R*(99/360)=30.13 m Cu = 3.5 t/m²

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Cu L R = 1839.14 t/m-m ΣWd = 968.26 t/m-m

III.2 Suelos cohesivos – friccionantes: método de las dovelas. El Método sueco aplicado a taludes cuya ley de resistencia se expresa como: s = cu

+ σ tan φ De todos los procedimientos de aplicación del Método Sueco a este tipo de suelos, posiblemente el más popular y expedito, en los análisis prácticos, sea el de las "Dovelas", sugerido por Fellenius (1927). En primer lugar se propone un círculo de falla a elección y la masa de suelo se divide en dovelas, del modo mostrado en la Figura 16.

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El número de dovelas es hasta cierto punto cuestión de elección, sin embargo a mayor número, los resultados del análisis se hacen más confiables. El equilibrio de cada dovela puede analizarse como se muestra en la Figura 16-b: donde W; es el peso de la dovela de espesor unitario, las fuerzas Ni y Ti son las reacciones normal y tangencial del suelo a lo largo de la superficie de deslizamiento ΔLi Las dovelas adyacentes a la i-ésima bajo estudio, ejercen ciertas acciones sobre esta, que pueden representarse por las fuerzas normales S1y S2 y por las tangenciales E1 y E2.

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En el procedimiento de Fellenius se hace la hipótesis de que el efecto conjunto de las cuatro fuerzas laterales es nulo y que por lo tanto, esas fuerzas no ejercen ningún papel en el análisis. También se acepta que el momento que producen las fuerzas T1 y T2, que se consideran de igual magnitud, es despreciable. Estas hipótesis equivalen a considerar que cada dovela actúa independiente de las demás y que las componentes Ni y Ti equilibran al peso Wi de la dovela i-ésima.

El momento motor debido al peso de las dovelas puede calcularse como:

El momento resistente es debido a la resistencia al esfuerzo cortante, si , que se desarrolla en la superficie de deslizamiento de cada dovela y vale:

(6)

(7)

si= c + Ni/ΔLi tan(Φ), el cociente Ni/ΔLi se considera una buena aproximación al valor de σn, esfuerzo normal actuante al arco ΔLi.

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El factor de seguridad se define como:

El método de cálculo consiste en un método de tanteos, siendo preciso encontrar el círculo crítico, con el factor de seguridad mínimo. Es común en la práctica aceptar factores de seguridad de 1.2 o 1.3 en la mayoría de los casos y de 1.5 cuando se desea tener mayor seguridad del talud.

Ejemplo 2 Determínese el factor de seguridad para el talud de la figura siguiente, con respecto al círculo de falla de prueba que se muestra. Las propiedades del suelo son:

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** En este ejercicio no se realizó la corrección de área por dovela

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IV MÉTODO DE TAYLOR PARA EL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES. (Método del número de estabilidad de Taylor) En 1948, D. W. Taylor propuso un método simple para determinar el factor de seguridad mínimo para un talud en un suelo homogéneo. Mediante el análisis de esfuerzo total basado en el método del círculo de fricción. Taylor ignoro la ocurrencia de grietas de tensión, de tirante de agua y de sobrecargas, obtuvo una serie de curvas que relacionan un número de estabilidad (N) con el ángulo del talud. Además considero que la falla es circular y que la resistencia se debe únicamente a la cohesión y es constante con la profundidad. Considerando un talud cohesivo y homogéneo con el terreno de cimentación, el número de estabilidad se define por la expresión:

(5)

Los valores de N están relacionados con el ángulo del talud β, con el ángulo de la resistencia al corte Φu, y el factor de profundidad D. Como se muestra en las gráficas de las Figuras 18, para ángulos de talud mayores que 53°, el círculo crítico pasa a través del pie del talud y para ángulos de talud menores que 53°, el circulo crítico puede pasar frente al pie, falla de base.

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Inicialmente la Figura 17-a se usaba para taludes homogéneos con el terreno de cimentación, sin embargo se han añadido curvas para D = 1, 2, 3 y 4. La Figura 17-b se usa para falla de base restringido por un estrato resistente horizontal a una profundidad no mayor de 4H, en la práctica 3H. En la Figura 17-b cuando se restringe el círculo crítico a pasar por el pie, se deben usar las líneas gruesas interrumpidas de la gráfica. El valor de n, que da el punto de emergencia del círculo crítico frente al pie, se puede obtener mediante las líneas delgadas interrumpidas.

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Para Φ = 0 Figura 17-b. Grafica de Taylor para determinar el número de estabilidad y el factor de alejamiento en círculos tangentes a un estrato resistente

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a) A través del pie cuando Φ = 3° o β > 53° b) Enfrente del pie (base) cuando Φ = 3° o β ≤ 53° Figura 18. Factores que afectan a la localización del circulo crítico

Ejemplo 3 Un corte en un suelo cohesivo tiene un talud con un ángulo de 35° y una altura vertical de 8 m. Usando el método de número de estabilidad de Taylor, determínese el factor de seguridad para la falla al corte en los siguientes casos:

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a) Cu = 4 t/m2 Φ = 0° γ = 1.8 t/m3 D es grande b) Cu= 4 t/m2 Φ = 0° γ = 1.8 t/m3 D = 1.5 Solución: a) Cuando D es grande, β<53° y Φ = 0; entonces, con la Figura 17-a: N = 0.181 Factor de seguridad: FS = 1.53 b) Para D = 1.5, β = 35° y Φ = 0; entonces, con Figura 17-b: N = 0.168 y n = 0.6 Factor de seguridad: FS = 1.65

Ejemplo 4 Un corte en una arcilla saturada tiene una profundidad de 10m. A una profundidad de 6m bajo el piso del corte se encuentra una capa de roca dura. La arcilla tiene una cohesión no drenada de 3.4 t/m2 y un peso unitario volumétrico de 1.9 t/m3. Calcular la pendiente segura máxima que proporcione un factor de seguridad de 1.25 respecto a una falla cortante a corto plazo.

Solución: Con referencia a la Figura 17-a: H = 10m y DH = 16m por lo tanto: D= DH/H = 1.6 ≈1.5 Número de estabilidad requerido

El punto en la Figura 17-b definido por D = 1.5 y N = 0.143 está asociado a un ángulo β = 18°. También, en el diagrama 15-a se lee, n = 0.2. Por lo tanto, de la Figura 17-a: el círculo saldrá: nH = 0.2(10) = 2.0 m, frente al pie.

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V. TALUDES DE LONGITUD INFINITA La revisión de taludes de longitud extensa se refiere al análisis de falla local. Un talud de longitud infinita se muestra en la Figura 19.

La magnitud de las fuerzas y esfuerzos actuantes en la falla local de un talud de longitud infinita se muestran en la Figura 20.

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La magnitud de las fuerzas y esfuerzos resistentes en la falla local de un talud de longitud infinita se definen por separado para suelo friccionante únicamente y para suelo cohesivo-friccionante de la siguiente manera:

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Suelo friccionante únicamente, c = 0 y Φ ≠ 0 Resistencia al esfuerzo cortante en términos d esfuerzos efectivos

Factor de Seguridad (Esfuerzos)

Suelo cohesivo-friccionante, c ≠ 0 y Φ ≠ 0 Resistencia al esfuerzo cortante en términos de esfuerzos efectivos

Factor de Seguridad (Esfuerzos)

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Uso de gráficas

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b) Filtración con ángulo de salida θ

2. Determinar los parámetros A y B de las siguientes gráficas:

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3. Calcular el factor de seguridad con:

VI. MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES Cualquier método de estabilización de taludes debe considerar lo siguiente: • Proteger al material expuesto a la erosión • Impedir la formación y ampliación de fisuras o grietas que puedan alterar el comportamiento del talud a corto o largo plazo • Garantizar drenaje adecuado para minimizar el efecto de escurrimientos superficiales o infiltraciones de agua • Asegurar la estabilidad general del talud

Los métodos de estabilización son muy variados y requieren de estudio y conocimiento de cada uno de ellos a fin de garantizar la estabilidad durante la vida útil del talud. Las técnicas de estabilización de taludes deben garantizar que no se presenten estados límites de falla o de servicio arriba mencionados.

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Los parámetros de resistencia requeridos para el análisis de estabilidad de taludes, deben determinarse recurriendo al tipo de prueba que mejor represente las condiciones de drenaje que prevalezcan en el sitio, durante las diversas etapas de la vida útil de la obra. Los métodos de estabilización de taludes más comúnmente usados se describen a continuación: A) Cambio de la geometría El cambio de la geometría del talud es un método de estabilización que permite reducir las fuerzas motoras actuantes. Las tres principales formas para cambiar la geometría de un talud se indican en la Figura 21. Para cualquiera de estas tres técnicas, se requiere disponer del espacio suficiente para el equipo de excavación y de un sitio para colocar el material excavado. Reducción de la altura del talud Este método permite dar soluciones permanentes cuando se tiene cuidado en los aspectos de drenaje en la excavación. Se puede utilizar prácticamente en toda clase de deslizamientos, pero es eficiente sobre todo en los de tipo rotacional. Disminución de la pendiente - Es uno de los métodos más utilizados para el mejoramiento de la estabilidad de los taludes. Es un método correctivo de deslizamientos originados en el cuerpo de talud. - En suelos en los que la componente friccionante tiene más importancia que la cohesiva, la estabilidad está más ligada a la inclinación del talud; mientras que para suelos cohesivos, la estabilidad depende principalmente de la altura.

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Escalonamiento - En el caso de escalonamientos en arcillas lo que se busca es transformar el talud en una combinación de varios taludes de menor altura, ya que en este tipo de suelos, la altura es el factor determinante de la estabilidad. Por ello los escalones deben tener un ancho suficiente para poder funcionar como taludes independientes (Figura 21, B> H/2). - Para suelos con resistencia friccionante (Figura 22), el escalonamiento se hace comúnmente para disminuir la pendiente, detener pequeños derrumbes y caídos y colectar agua. También es importante la función que pueden tener los escalones para proteger el corte contra la erosión del agua superficial, pues reducen la velocidad ladera abajo y el gasto de escurrimiento.

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B) Bermas y contrafuertes Las bermas y contrafuertes son elementos que permiten aumentar las fuerzas resistentes. Bermas Se denominan bermas a masas generalmente constituidas del material del propio talud o de uno similar que se adosan al mismo para darle estabilidad (Figura 23-a). La berma tiende a hacer que la superficie de falla se desarrolle a mayor profundidad y con una mayor longitud. La sección de la berma debe calcularse por aproximaciones sucesivas en el análisis de la estabilidad del talud. Para el caso de terraplenes, en el inicio de los tanteos se le puede dar la mitad de la altura del terraplén y un ancho igual al de la corona del mismo. Contrafuertes Los contrafuertes son estructuras masivas de concreto o mampostería que se colocan en la base de taludes en macizos rocosos y que proporcionan fuerzas resistentes adicionales, como se ilustra en la Figura 23-b.

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C) Empleo de materiales estabilizantes Este método consiste en añadir al suelo alguna sustancia que mejore sus características de resistencia. Los estabilizadores más comúnmente empleados son el cemento y la cal, siendo sus mecanismos de estabilización similares. Estos productos son silicatos de calcio hidratados (SCH). La cal toma la sílice de las arcillas u otras puzolanas existentes en el suelo para formar un gel de SCH, mientras que el cemento ya contiene ésta sílice. El factor más importante para una buena calidad en los resultados es la realización de un buen mezclado de los estabilizadores con el suelo. Los valores específicos de cualquier propiedad de un suelo estabilizado pueden variar en un amplio rango según el tipo de suelo, tipo y cantidad de estabilizador, condiciones de curado y otros factores. Para el mejoramiento de suelos de grano fino plásticos y expansivos son típicos niveles de tratamiento con cal del 3 al 8% en peso de suelo seco. El cemento Pórtland en niveles de tratamiento del 3 al 10% en peso de suelo seco es particularmente útil en suelos arenosos y suelos de baja plasticidad. En la práctica los procedimientos de estabilización son costosos, por lo que su uso es limitado. Una de las técnicas utilizadas con mayor frecuencia es la inyección de lechada de cemento. Esta técnica permite dar tratamiento a superficies de falla previamente formadas y relativamente superficiales en materiales duros, tales como lutitas, argilitas y arcillas rígidas y fisuradas; no rinde buenos resultados en materiales flojos y sueltos.

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Un programa de inyección requiere de un conocimiento muy preciso de la superficie de falla, respecto a la cual puedan situarse convenientemente los pozos para inyectado. El espaciamiento de los pozos suele estar comprendido entre 3 y 5 m y las operaciones de inyección deben progresar ladera arriba. Se debe tener cuidado en que la presión de inyección de la lechada no ocasione fracturamiento hidráulico en las grietas o fallas existentes, ya que esto puede producir el caído brusco o fracturamiento de masas importantes del material que se esté inyectando. D) Empleo de estructuras de retención El uso de muros de contención es muy común para corregir deslizamientos después de que han ocurrido o para prevenirlos en zonas inestables del talud (Figura 24). Los muros de retención para estabilizar taludes se usan comúnmente cuando no hay espacio suficiente para cambiar la pendiente del mismo. También se utilizan para confinar el pie de fallas en arcillas o lutitas, impidiendo la abertura de grietas y fisuras por expansión libre.

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E) Empleo de pilotes El empleo de pilotes para la estabilización de taludes es más eficaz en deslizamientos superficiales, ya que en deslizamientos profundos se generan fuerzas muy grandes que con dificultad resisten los pilotes, además tales fuerzas hacen que el suelo deslice entre los pilotes. Este método es aplicable en taludes en roca o materiales duros, cuando la fricción a lo largo de la superficie de falla es un factor importante de la estabilidad. En la Figura 25 se muestra un esquema ilustrativo de este método.

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F) Anclajes La estabilidad de los taludes puede mejorarse empleando anclas cuya dirección y diseño depende de las condiciones de cada caso que se analice, como se ejemplifica en la Figura 26. Las anclas desempeñan básicamente dos funciones: la de proporcionar resistencia al corte y a la tensión en taludes inestables que la requieran y la de soportar en forma directa el peso de la cuña deslizante. Tipos de anclajes Existen básicamente dos tipos de anclas para la estabilización de taludes: las de tensión y de fricción: - Las anclas tensadas ayudan a incrementar el esfuerzo normal en las fallas o discontinuidades, aumentando su resistencia al corte. Cuando el esfuerzo normal es pequeño, su función principal es la de absorber esfuerzos de tensión. - La función de las anclas de fricción es la de soportar los esfuerzos de tensión que el talud es incapaz de resistir.

Generalmente, las anclas pre-tensadas no se utilizan en los suelos arcillosos debido a su baja resistencia. En cambio, sí se les utiliza mucho en los suelos firmes. La principal ventaja de esta técnica es que la subestructura puede construirse libre de obstáculos. Sin embargo, los aspectos legales acerca de la penetración de las anclas en el subsuelo de áreas vecinas es todavía un problema y ha sido una causa de serios conflictos.

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G) Protección contra la erosión En los siguientes incisos se describen algunos de los métodos de protección contra la erosión de taludes. Vegetación La plantación de vegetación es un método preventivo y correctivo para la protección de taludes contra la erosión. Cumple dos funciones principalmente; disminuye el contenido de agua en la parte superficial del talud y da consistencia a esta parte por el entramado mecánico de las raíces. Este tipo de protección consiste en la plantación continua de pastos y plantas herbáceas. Sin embargo, es necesario un estudio detallado de las especies vegetales utilizables en cada lugar y región.

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Hidrosiembra La hidrosiembra es un sistema patentado para la protección de taludes contra la erosión, que consiste en lanzar sobre los taludes una mezcla de fibras orgánicas finamente divididas, fertilizante, semillas y agua. Este sistema permite el control de la erosión, regeneración del ecosistema y mejoramiento del paisaje; mediante la re-vegetación de taludes en rocas blandas y suelos finos con taludes inferiores a 1 (horizontal): 1(vertical), en climas calurosos y secos. Mantas compuestas Las mantas compuestas es un sistema patentado de protección contra la erosión de taludes, compuesto de materiales sintéticos y vegetales. Existe una gran diversidad de mantas compuestas que pueden emplearse dependiendo de las condiciones naturales que se presentan en los taludes y del tipo de tratamiento que cada caso en particular requiere. Mallas compuestas Existen en el mercado varios tipos de mallas compuestas patentadas. En general, este sistema de estabilización de taludes contra la erosión consiste en la combinación de la hidrosiembra con una malla de alta resistencia (ciclónica o de triple torsión) en algunos casos forrada de PVC, y anclas de fricción que se fijan al sistema por medio de placas metálicas. Las mallas compuestas representan una solución adecuada para taludes formados por rocas blandas, tobas volcánicas y conglomerados, con ángulos mayores de 60º y problemas de caída de bloques o estabilidad superficial.

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VII. RECOMENDACIONES El Ingeniero que esté a cargo de la realización del proyecto de estabilización de taludes, deberá elaborar el informe técnico correspondiente que, como mínimo, deberá contener los antecedentes, objetivos y alcances del proyecto; los datos que se consideraron para la ejecución de los trabajos de campo y de laboratorio, con la descripción explicita de los criterios, métodos y procedimientos utilizados en su ejecución; todas las tablas, figuras y planos elaborados, los registros de campo y de laboratorio y las memorias de cálculo.

VIII. BIBLIOGRAFÍA Comisión Federal de Electricidad, Instituto de Investigaciones Eléctricas e Instituto de Ingeniería, UNAM, Manual de Diseño de Obras Civiles, Geotecnia, B.2.3. Estructuras de Tierra, México, 1983, pp. 26-45 Comisión Federal de Electricidad, Instituto de Investigaciones Eléctricas e Instituto de Ingeniería, UNAM, Manual de Diseño de Obras Civiles, Geotecnia, B.3.1. Estabilidad de Taludes, México, 1980, pp. 1-29 Department of Navy, Naval Facilities Engineering Command, Foundations and Earth Structures, Design Manual 7.1, NAVFAC DM-7.1, Washington DC, USA, May 1982, pp. 309-348 Juárez Badillo J. y Rico Rodríguez A., Mecánica de Suelos, Segunda Edición, LIMUSA Editores, Tomo II, Teoría y Aplicación de la Mecánica de Suelos, México D.F., 1993, pp. 255-355 Rico Rodríguez R. y Del Castillo H., La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres, Volumen 1, Carreteras, Ferrocarriles y Aeropistas, Ed. LIMUSA, México, 1974, pp. 273-363 Lambe and Whitman, Mecánica de suelos. Bowles Joseph, Fundation analysis and design.