MONOGRAFIA ESTABILIZACION DE TALUDES.docx

UNIVERSIDAD Peruana LOS ANDES FACULT FACUL TAD DE INGENIERIA Carrera profesional de Ingeniería Ciil

EST ABIL IDA D DE TAL UDE S EN SUE LOS Y ROC AS

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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA Profesional Profesional de Ingeniería Civil

ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS Y ROCAS CATEDRA:

GEOTECNIA ING. JORGE LUIS PEREZ

INGENIERÍA CIVIL Catedrático:  GARAY TAZA EDER MARVIN  HUACHOS QUISPE ROSARIO

ESTUDIANTES :

 HUAMANI ESPINOZA YANINA  LORENZO LLALLICO BRANDON  MENDIZABAL HOBISPO, KATHERYN ROXANA  VILCA YARANGA DONOVAN

SEMESTRE:

VII

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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA Profesional Profesional de Ingeniería Civil

ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS Y ROCAS CATEDRA:

GEOTECNIA ING. JORGE LUIS PEREZ

INGENIERÍA CIVIL Catedrático:  GARAY TAZA EDER MARVIN  HUACHOS QUISPE ROSARIO

ESTUDIANTES :

 HUAMANI ESPINOZA YANINA  LORENZO LLALLICO BRANDON  MENDIZABAL HOBISPO, KATHERYN ROXANA  VILCA YARANGA DONOVAN

SEMESTRE:

VII

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A1

Sección:

Dedicamos este trabao a Dios !"ien nos da #orta$e%a &ara se'"ir cada d(a ade$ante) A n"estros &adres &or ser e$ &i$ar #"ndamenta$ en todo $o !"e somos* en n"estra ed"cación* tanto acad+mica como de $a ,ida* &or s" incondiciona$ a&o-o &er#ectamente mantenido a tra,+s de$ tiem&o) A$ catedrático de c"rso* &or s"s ense.an%as

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INTRODUCCI/N Se conoce con el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las masas de tierras. Se puede definir taludes como: Son las obra, normalmente de tierra, que se construyen a ambos lados de la vía (tanto en excavaciones con en terraplén con una inclinaci!n tal que garanticen la estabilidad de la obra. "os taludes tienen zona de emplazamiento que comprende, adem#s de la vía, una fran$a de terreno a ambos lados de la misma. Su ob$etivo es tener suficiente terreno en caso de ampliaci!n futura de la carretera y atenuar en gran medida, los peligros de accidentes motivados por obst#culos dentro de dicha zona, los cuales deben ser eliminados. %uando el talud se produce en forma natural, sin intervenci!n humana, se denomina ladera natural o simplemente ladera. %uando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, seg&n sea la génesis de su formaci!n' en el corte, se realiza una excavaci!n en una formaci!n térrea natural, en tanto que los taludes artificiales son los inclinados de los terraplenes. ambién se producen taludes en los bordes de una excavaci!n que se realice a partir del nivel del terreno natural, a los cuales se suele denominar taludes de la excavaci!n.

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PRESENTACI/N

"a presente monografía abarcara el tema de )S*+"-*- -) *"-)S )/ S)"0S 1 20%*S, para cumplir con nuestro prop!sito nuestra monografía contiene diversos temas que nos ayudaran a entenderlo como: -efiniciones, factores de estabilidad, fallas en laderas y taludes, deslizamiento superficial, falla rotacional y trasnacional, fallas en taludes artificiales, dise3o geométrico de taludes estables, c#lculo de estabilidad de taludes y medios para la estabilidad. *l final de la monografía, anotamos una serie de %0/%"S0/)S que se derivan del traba$o académico.

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UNIVERSIDAD Peruana LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA Carrera profesional de Ingeniería Ciil

0NDICE INTRODUCCI/N1111111111111111111111111111112 PRESENTACION111111111111111111111111111)11))3 CAP0TULO I         

)stabilidad444444444444444444444..44444444.5 alud44444444444444444444444444444444.5 Suelo4444444444444444444444444444444..66 2oca44444444444444444444444444444.44..67 )stabilidad de taludes444444444444444444444444.68 -eslizamientos44...444444444444444444444444..69 alla4444444444444444444444444444.444..6; "adera4444444444444444444444444.44444..6< lu$o44444444444444444444444444.44444..6<

CAPITULO II actores que influyen en la estabilidad de un talud  )rosi!n444444444444444444444444444.444..76  "luvia4444444444444444444444444444444..76  Sismo44444444444444444444444444..4444..77 *spectos geol!gicos  %argas externas444444444444444444444..4444478  )xcavaciones y=o rellenos4444444444444444..4444447>

CAP0TULO III        

alla traslacional444444444444444444444444..447? alla rotacional4444444444444444444444444.4475 allas por deslizamiento superficial44444444444444444..486 -eslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes...87 alla por movimiento del cuerpo del talud444444444444444488 alla por flu$os444444444444444444444444444..8> allas por erosi!n4444444444444444444444444....8> alla por licuaci!n444444444444444444444444..4..89 6


CAPITULO IV        

)stabilidad de taludes4444444444444444444444..4..8; ipos de inestabilidades444444444444444444.4..444..8; *n#lisis cinem#tico de taludes en macizos rocosos444..4.444444..85 @étodos analíticos de c#lculo4444444444444.4444444..>A *n#lisis de estabilidad de taludes44444444444.44..44444.>7 *n#lisis de estabilidad de taludes infinitos4444444.4.4444444>9 *n#lisis de fallas planas444444444..444444444444.4..>5 @edios de estabilizaci!n444444444444444444444.449>

CONCLUSIONES11111111111111111111))11111111))34 5I5LIO6RA7IA11111111111111111111111111111))))34

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CAPITULO I: DE7INICION

DE7INICIONES 8)8)

ESTA5ILIDAD

Se entiende por estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la falla o movimiento. %omo primera medida es necesario definir criterios de estabilidad de taludes, entendiéndose por tales algo tan simple como el poder decir en un instante dado cu#l ser# la inclinaci!n apropiada en un corte o en un terraplén' casi siempre la m#s apropiada ser# la m#s escarpada que se sostenga el tiempo necesario sin caerse. )ste es el centro del problema y la raz!n de estudio. 8


8)9)

TALUD

Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra. /o hay duda que el talud constituye una estructura comple$a de analizar debido a que en su estudio coinciden los problemas de mec#nica de suelos y de mec#nica de rocas, sin olvidar el papel b#sico que la geología aplicada desempe3a en la formulaci!n de cualquier criterio aceptable. -imensiones: )n ngeniería %ivil los taludes alcanzan alturas m#ximas de >A a 9Am. )n la minería pueden superar varios centenares de metros. "as pendientes pueden medirse de tres formas: B )n Crados: 8AD, >9D, ?AD B )n Eorcenta$e: 9;F, 6AAF, 6;9F B )n relaci!n de distancias: 6.;9G:6H, 6G:6H, A.9;G:6H n talud es una porci!n de tierra elevada, de dimensiones variables, generalmente rematando por una cuneta y caracterizado por una vegetaci!n especifica. Euede bordear un camino, abierto como consecuencia del paso de animales y hombres' en este caso, se construye con el tiempo. Eero también puede ser fruto de una construcci!n artificial con tierra o piedra' en este caso, se trata de una arquitectura concienzuda y sabia, que remonta a una época le$ana en el tiempo. Se conoce como 9


el nombre genérico de taludes cualquier superficie inclinadas respecto a la horizontal q hayan de adoptar permanentemente las masas de tierras. Son las obras, normalmente de tierra, que se construyen en ambos lados de las vías (tanto en excavaciones como en terraplén con una inclinaci!n tal que garanticen la estabilidad de la obra. Se denomina talud a la superficie que delimita la explanaci!n lateralmente. )n cortes, el talud est# comprendido entre el punto de chafl#n y el fondo del canal. )n terraplenes, el talud est# comprendido entre el chafl#n (pata del terraplén y el borde de la berma. /o hay duda que le talud constituye las estructuras m#s comple$as de las vías terrestres' por eso es preciso analizar la necesidad de definir criterios de estabilidad de taludes entendiéndose, por tales algo tan simple como el poder de decir en un instante dado cual ser# la inclinaci!n apropiada de un corte o en un terraplén. * diferentes inclinaciones de talud corresponden diferente masas de material térreo por mover y por lo tanto, diferentes costas

8))

SUELO

)s la capa m#s superficial de la corteza terrestre, que resulta de la descomposici!n de las rocas por los cambios bruscos de temperatura y por la acci!n del agua, del viento y de los seres vivos. )l proceso mediante el cual los fragmentos de roca se

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hacen cada vez m#s peque3os, se disuelven o van a formar nuevos compuestos, se conoce con el nombre de meteorizaci!n. "os productos rocosos de la meteorizaci!n se mezclan con el aire, agua y restos org#nicos provenientes de plantas y animales para formar suelos. "uego el suelo puede ser considerado como el producto de la interacci!n entre la litosfera, la atm!sfera, la hidrosfera y la biosfera. )ste proceso tarda muchos a3os, raz!n por la cual los suelos son considerados recursos naturales no renovables. )n el suelo se desarrolla gran parte de la vida terrestre, en él crece una gran cantidad de plantas, y viven muchos animales. )l suelo est# formado por varios componentes: rocas, arena, arcilla, humus o materia org#nica en descomposici!n, minerales y otros elementos en diferentes proporciones. )l con$unto de alteraciones que sufren las rocas, hasta llegar a constituir el suelo, se denomina, meteorizaci!n' proceso que consiste en el deterioro y la transformaci!n que se produce en la roca al fragmentarse por acci!n de factores físicos, químicos, biol!gicos y geol!gicos.

8)2)

ROCA

2ocas son agregados de minerales que forman la corteza terrestre y cuya composici!n y textura es regular (m#s o menos constante dentro de un volumen determinado, (m#s o menos grande."a definici!n m#s simple de roca, es la de un con$unto de minerales y=o fragmentos de otras rocas relacionados entre sí genética, espacial y=o temporalmente, que forman parte de la litosfera terrestre. *. %astro 11


(65<5 las define como el resultado final de la evoluci!n de sistemas físicoIquímicos, m#s o menos comple$os, desarrollados como consecuencia directa de la actividad geol!gica ex!gena o end!gena. *mbas definiciones son complementarias y habría que matizar que las rocas metam!rficas e ígneas son sistemas físicoIquímicos, ya que est#n definidos por unas composiciones químicas, unas condiciones de presi!n (litost#tica, dirigida, de fluidos,... y temperatura, que cambian en el espacio y en el tiempo. Eero en el caso de las rocas sedimentarias debemos, adem#s, tener en cuenta la actividad biol!gica, ya que muchas rocas de este tipo son producto de ella. Eor otra parte, se deben descartar todos aquellos productos resultantes de la actividad antr!pica sobre los materiales naturales terrestres como terreras, cer#micas, hormigones' vidrios, etc. "a mayoría de las rocas est#n compuestas por varios minerales, aunque algunas est#n formadas por un solo mineral (monominer#licas, como la caliza, la cuarcita, el yeso o la sal. *lgunas pueden estar compuestas por materia amorfa, como las lavas volc#nicas. "a mayor parte de las rocas son s!lidas y m#s o menos duras, sin embargo algunas se encuentran en estado líquido (petr!leo o gaseoso (gas natural. )l estudio de las rocas es muy importante porque a partir de ellas podemos conocer cu#les han sido los procesos que las han formado y que posteriormente las han afectado. Se pueden considerar las rocas como archivos hist!ricos en donde ha quedado registrado la historia de la ierra y de la vida. *dem#s, las rocas son un recurso geol!gico primordial para la actividad humana.

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8)3)

ESTA5ILIDAD DE TALUDES

"a estabilidad de taludes es la teoría que estudia la estabilidad o posible inestabilidad de un talud a la hora de realizar un proyecto, o llevar a cabo una obra de construcci!n de ingeniería civil, siendo un aspecto directamente relacionado con la ingeniería geotécnica. "a inestabilidad de un talud, se puede producir por un desnivel, que tiene lugar por diversas razones: •

2azones geol!gicas: laderas posiblemente inestables, orografía acusada, estratificaci!n, meteorizaci!n, etc.

•

Hariaci!n del nivel fre#tico: situaciones estacionales, u obras realizadas por el hombre.

•

0bras de ingeniería: rellenos o excavaciones tanto de obra civil, como de minería.

"os taludes adem#s ser#n estables dependiendo de la resistencia del material del que estén compuestos, los empu$es a los que son sometidos o las discontinuidades que

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presenten. "os taludes pueden ser de roca o de tierras. *mbos tienden a estudiarse de forma distinta.

Estabilización de taludes con geomallas

Estabilización de taludes con Fibras naturales

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8);) DESLI

son menos propensos a deslizarse que los escombros sueltos o compactados pobremente. "as adiciones grandes y repentinas de agua al suelo en una ladera, tal como se experimenta frecuentemente durante la época lluviosa, puede reducir la cohesi!n del suelo y reducir la estabilidad del mismo. )l lecho rocoso subyacente puede proveer superficies por donde se pueda deslizar el material reemplazado. Si las características tales como las fracturas y las planicies son orientadas de una manera paralela con la pendiente, ellas incrementan el potencial de deslizamiento. "a vegetaci!n abundante y las raíces profundas sirven para estabilizar el suelo y limitar el potencial de deslizamiento. "as siguientes condiciones naturales de un sitio son un indicador de una amenaza incrementada de deslizamiento. odos los factores son igualmente importantes, por lo tanto, la lista no debería ser vista como que est# hecha en ning&n rango ordenado específicamente. •

Jreas ya sea inmediatamente aba$o de pendientes empinadas o en relieves

•

topogr#ficos altos. Jreas donde el lecho rocoso subyacente est# ra$ado o fracturado en planicies

•

orientadas en paralelo con la pendiente prevaleciente. Jreas donde los suelos superficiales est#n compuestos de material suelto o pobremente compactado, particularmente ceniza volc#nica y otros materiales

•

arro$ados de un volc#n. Jreas en las cuales sus suelos est#n propensos a desestabilizarse por la recaudaci!n de grandes cantidades de agua en las cuencas hidrol!gicas

•

durante las tormentas Jreas con vegetaci!n mínima para enraizar y fi$arla al suelo

%uantos m#s factores de estos se apliquen a un sitio específico, mayores ser#n las posibilidades de que el sitio experimente deslizamientos. "a susceptibilidad de un sitio para sufrir un deslizamiento puede ser determinada al comparar las condiciones del terreno con la lista de factores de peligro antes mencionada.

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Deslizamiento en carretera Huancavelica

8)=) 7ALLA alla es una condici!n no deseada que hace que el elemento estructural no desempe3e una funci!n para la cual existe. %omparaci!n de lo que est# sucediendo con lo que debería suceder.

8)4) LADERA "adera es el declive o pendiente de un monte o monta3a.

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8)>)7LU?O +a$o este sustantivo se agrupan a diferentes movimientos de ladera que tienen en com&n la deformaci!n interna y continua del material y la ausencia de una superficie neta de desplazamiento (Harnes, 65;<. )n algunos casos la superficie de rotura se puede asimilar a toda una fran$a de deformaci!n. "as diferencias estriban en el material implicado, su contenido en agua y la velocidad de desarrollo, de lenta (reptaci!n a s&bita (flu$os de rocas. "os m#s comunes son los movimientos en suelo (flu$os o coladas de tierra o barro, movimientos de derrubios (flu$os de derrubios o bloques rocosos (flu$os de bloques. )n el #rea de estudio son predominantes los flu$os de derrubios, que son movimientos que engloban a fragmentos rocosos, bloques, cantos y gravas en una matriz fina de arena, limo y arcilla (en general los gruesos representan un porcenta$e superior a 9AF. )ste tipo de movimientos tienen lugar en laderas cubiertas por material no consolidado y el agua es un motor principal en el proceso. Son movimientos muy r#pidos y frecuentemente est#n relacionados con tormentas.

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CAPITULO II: 7ACTORES DE ESTA5ILIDAD

7ACTORES @UE IN7LUEN EN LA ESTA5ILIDAD DE UN TALUD "a falla de un talud o ladera se debe a un incremento en los esfuerzos actuantes o a una disminuci!n de resistencia al esfuerzo cortante del suelo. )sta variaci!n, en

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general, es causada por efectos naturales y actividades humanas. Seg&n +udhu (7AA; los factores principales que afectan la estabilidad de un talud, natural o dise3ado son:

aB Erosión )l agua y el viento continuamente afectan a los taludes erosion#ndolos. "a erosi!n modifica la geometría del talud y por tanto los esfuerzos a los que est# sometido, resultando un talud diferente al inicialmente analizado o en una modificaci!n de las condiciones que tenía.

bB L$",ia -urante el periodo de lluvias, los taludes se ven afectados al saturarse los suelos que los forman, provocando un aumento de peso de la masa, una disminuci!n en la resistencia al esfuerzo cortante y la erosi!n de la superficie expuesta. *l introducirse agua en las grietas que presente el talud se origina un incremento en las fuerzas actuantes o aparici!n de fuerzas de filtraci!n, pudiendo provocar la falla del mismo

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cB Sismo "os sismos suman fuerzas din#micas a las fuerzas est#ticas actuantes a las que esta cometido un talud, provocando esfuerzos cortantes din#micos que reducen la resistencia al esfuerzo cortante, debilitando al suelo. n aumento en la presi!n de poro en taludes formados por materiales granulares puede provocar el fen!meno conocido como licuaci!n.

ASPECTOS 6EOL/6ICOS

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*lgunas fallas de taludes son provocadas por aspectos geol!gicos no detectados durante el levantamiento y exploraci!n de campo, los cuales, al no ser considerados durante la evaluaci!n de la estabilidad del talud, aumentan la incertidumbre del factor de seguridad calculado, figura >.>. n e$emplo de este tipo de falla es el que se present! durante la operaci!n del Eroyecto Gidroeléctrico en el talud excavado atr#s de la casa de m#quinas de la presa *gua Erieta, Gerrera y 2esendiz (655A, en el cual un bloque de roca desliz! sobre un estrato de arcilla, no detectado durante la exploraci!n y construcci!n del proyecto.

eB Car'as eternas "a aplicaci!n de cargas sobre la corona del talud provoca un aumento en las fuerzas actuantes en la masa de suelo, lo cual puede llevar a la falla del talud si estas cargas no son controladas o tomadas en cuenta durante la evaluaci!n de la estabilidad del talud. )n algunos casos esta situaci!n se remedia mediante la excavaci!n de una o m#s bermas en el cuerpo del talud, lo que reduce las fuerzas actuantes en éste.

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#B Eca,aciones -o re$$enos "as actividades de construcci!n realizadas al pie de un talud o colocaci!n de una sobrecarga en la corona, pueden causar la falla de éste al modificar la condici!n de esfuerzos a las que ésta sometido. Ceneralmente, estas actividades de construcci!n corresponden a traba$os donde se realizan excavaciones y=o rellenos. %uando se realiza una excavaci!n al pie del talud, el esfuerzo total se disminuye, generando en el suelo un incremento negativo en la presi!n de poro. -urante el tiempo en que este incremento de presi!n de poro se disipa, puede presentarse la falla del talud al disminuir la resistencia al esfuerzo cortante del suelo, figura >.?. "os taludes construidos con el material de banco de préstamo se realizan al compactar estos materiales en el sitio ba$o especificaciones de control, generando un relleno artificial o terraplén.

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CAPITULO III: 7ALLA EN TALUDES ARTI7ICIALES

TALUDES ARTI7ICIALES

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%uando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, seg&n la génesis de su formaci!n. )n el corte se realiza una excavaci!n en una formaci!n terrea natural, en tanto los taludes artificiales son los lados inclinados de los terraplenes. ambién se producen taludes en el borde de una excavaci!n que se realice, a partir del nivel del terreno natural, a los cuales se les se suele llamar alud es de excavaci!n .

7ALLA TRASLACI/NAL %onsiste en movimientos de capas delgadas de suelo o rocas fracturadas a lo largo de superficies con poca inclinaci!n. "a resistencia a desmoronarse depende del terreno. Eor e$emplo, la arena seca tiene un menor #ngulo de deslizamiento que la tierra compacta, que posee una mayor resistencia al desmoronamiento. )n el desplazamiento de traslaci!n la masa se desliza hacia afuera o hacia aba$o, a lo largo de una superficie m#s o menos plana o ligeramente ondulada y tiene muy poco o nada de movimiento de rotaci!n o volteo ."os movimientos traslacionales generalmente, tienen una relaci!n -r="r de menos de A.6. )n muchos desplazamientos de traslaci!n, la masa se deforma y=o se rompe y puede convertirse en flu$o, especialmente en las zonas de pendiente fuerte.

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iene lugar a lo largo de una superficie de rotura plana u ondulada. "a masa deslizada puede proseguir por la ladera. "os componentes de la masa desplazada se mueven a la misma velocidad y siguen trayectorias paralelas. * medida que un deslizamiento traslacional progresa puede romperse, en particular si aumenta la velocidad. )ntonces, la masa disgregada deviene un flu$o.

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-eslizamientos traslacionales de bloques de suelo o roca sin apenas trocearse, sobre superficies &nicas en macizos rocosos se han denominado resbalamientos (Carcía 1agKe, 65?? o deslizamientos planos (GoeL y +ray, 65<6. %uando la superficie de rotura est# formada por dos planos que obligan a la masa rocosa contenida a desplazarse seg&n la líneade

intersecci!n,

se

forma

un

deslizamiento en cu3a. "as roturas de cu3as no suelen alcanzar grandes dimensiones debido a que la intersecci!n de planos de gran penetraci!n en el macizo rocoso es infrecuente. -eslizamientos en los que la masa desplazada se trocea en su movimiento descendente y resulta una acumulaci!n ca!tica de bloques al pie de la ladera, se denominan corrimientos (Carcía 1agKe, 65??. %uando la rotura por cizalla tiene lugar en suelos no cohesivos constituidos por partículas gruesas, se denominan deslizamientos de derrubios (debris slides.@ientras que la rotaci!n tiende a restablecer el equilibrio en la masa desplazada, el deslizamiento traslacional puede mantenerse indefinidamente si la superficie de rotura es lo suficientemente inclinada y continua.

7ALLA ROTACIONAL 28


)n un desplazamiento rotacional, la superficie de falla es c!ncava hacia arriba y el movimiento es rotacional con respecto al e$e paralelo a la superficie y transversal al deslizamiento. )l centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo del movimiento. Histo en planta, el deslizamiento de rotaci!n posee una serie de agrietamientos concéntricos y c!ncavos en la direcci!n del movimiento. )l movimiento produce un #rea superior de hundimiento y otra inferior de deslizamiento, lo cual genera, com&nmente, flu$os de materiales por deba$o del pie del deslizamiento. "a cabeza del movimiento bascula hacia atr#s y los #rboles se inclinan, de forma diferente, en la cabeza y en el pie del deslizamiento

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"a rotura se produce a lo largo de una superficie curvilínea y c!ncava. )l terreno experimenta una giro seg&n un e$e situado por encima del centro de gravedad de la masa deslizada. )l material de cabecera efect&a una inclinaci!n contra ladera, generando depresiones

donde se

acumula

el

agua

e

induce

nuevas

reactivaciones. )ste tipo de mecanismo es característico de suelos cohesivos homogéneos y de macizos rocosos intensamente fracturados. )n materiales arcillosos, especialmente si hay presencia de agua, el pie puede evolucionar hacia un deslizamiento de tierras o colada de tierras.

"os deslizamientos rotacionales, una vez producidos, son susceptibles de reactivaci!n. )l movimiento tiende a estabilizarse por disminuci!n del momento de giro y aumento del momento estabilizador, no obstante, cualquier cambio en las condiciones piezométricas o la remoci!n del pie pueden dar lugar a una nueva inestabilidad. n diagn!stico equivocado de la geometría puede llevar a la adopci!n de medidas de estabilizaciones ineficaces e incluso contraproducentes. "a distinci!n entre deslizamientos rotacionales y translacionales es importante en lo que se refiere a los an#lisis de estabilidad y el dise3o de medidas de control y estabilizaci!n. )ste tipo de movimientos es el que dispone de métodos de an#lisis y modelizaci!n m#s desarrollados.

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7ALLAS POR DESLI
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)n la actualidad es muy difícil llegar a establecer por un proceso a velocidad y la consideraci!n que llegue a tener el fen!meno. "os factores envueltos son tantos y tan comple$os y act&an en periodos de tiempo tan impredecibles que cualquiera an#lisis te!rico es pr#cticamente imposible.

DESLI

7ALLA POR MOVIMIENTO DEL CUERPO DEL TALUD )n contraste con los movimientos superficiales lentos, descritos en el inciso anterior, pueden ocurrir en los taludes movimientos bruscos que afectan a masas considerables de suelo, con superficies de falla que penetran profundamente en su cuerpo. )stos fen!menos reciben com&nmente el nombre de deslizamiento de tierras. -entro de estos existen dos tipos claramente diferenciados. )n primer lugar un saco en el que se define una superficie de falla curva, a lo largo de la cual ocurre el movimiento de talud' )sta superficie origina una traza que puede limitarse, por facilidad como una circunferencia. )stas son las fallas formadas por rotaci!n. )n segundo lugar, se tienen las fallas que ocurren a lo largo de superficies débiles, asimilables a un plano del cuerpo de talud o en su terreno de cimentaci!n. )sos planos débiles suelen ser horizontales o muy poca inclinados respecto a horizontal. )stas son las filas por traslaci!n. "as fallas por rotaci!n pueden pr8esentarse pasando la superficie de falla por el pie del talud, sin interesar el terreno de cimentaci!n, o pasando por delante del pie de talud, afectando el terreno en que el talud se apoya (falla de base. *dem#s pueden presentarse las llamadas fallas locales, ocurren en el cuerpo del talud, pero interesando zonas relativamente superficiales.

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7ALLA POR 7LU?OS )ste tipo de fallas consiste en movimientos m#s o menos r#pidos de zonas localizadas de una ladera natural de manera que el movimiento en sí y la distribuci!n aparente de las vellosidades y los desplazamientos aseme$an el fluir de un líquido viscoso. /o existe en si una superficie de falla o esta se desarrolle en un lapso muy breve al inicio del fen!meno )stas fallas pueden ocurrir en cualquier formaci!n no cementada, desde fragmentos de rocas, hasta arcillas, sucede tanto en materiales seco, como h&medosI muchos flu$os r#pidos en materiales secos ocurren asociados a fen!menos de presi!n de aire, rem los que este $uega un papel an#logo al del agua en los fen!menos de licuaci!n de saleos. 0tros flu$os, en suelos muy h&medos son verdaderos procesos de licuaci!n

7ALLAS POR EROSI/N )stas fallas de tipo provocadas por arrastre de viento, agua, etc. )n los taludes. )l fen!meno es tanto m#s notorio cuando m#s empinadas sean las laderas de los taludes. na manifestaci!n típica del fen!meno suele ser la aparici!n de irregularidades en el talud, originalmente uniforme.

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-esde el punto de vista te!rico esta falla suele ser imposible de cuantificar detalladamente pero la experiencia ha proporcionado normas que la aten&an grandemente si se les aplica con cuidado

7ALLA POR LICUACI/N )stas fallas ocurren cuando en las zonas de deslizamiento del huelo pasa r#pidamente en concisiones m#s o menos firme a la correspondiente a una suspensi!n, con pérdidas casi total de resistencia al esfuerzo cortante el fen!meno puede ocurrí tanto en arcillas extra sensitivas como en arenas poco compactadas

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CAPITULO IV: DISEFO 6EOMGTRICO DE TALUDES

ESTA5ILIDAD DE TALUDES "a estabilidad de taludes es la teoría que estudia la estabilidad o posible inestabilidad de un talud a la hora de realizar un proyecto, o llevar a cabo una obra de construcci!n 36


de ingeniería civil, siendo un aspecto directamente relacionado con la ingeniería geotécnica. "a inestabilidad de un talud, se puede producir por un desnivel, que tiene lugar por diversas razones: •

2azones geol!gicas: laderas posiblemente inestables, orografía acusada, estratificaci!n, meteorizaci!n, etc.

•

Hariaci!n del nivel freático: situaciones estacionales, u obras realizadas por el hombre.

•

0bras de ingeniería: rellenos o excavaciones tanto de obra civil, como de minería.

"os taludes adem#s ser#n estables dependiendo de la resistencia del material del que estén compuestos, los empu$es a los que son sometidos o las discontinuidades que presenten. "os taludes pueden ser de roca o de tierras. *mbos tienden a estudiarse de forma distinta.

TIPOS DE INESTA5ILIDADES Des&rendimientos o des&$omes Desprend!en"#s o

desplomes son movimientos de inestabilidad producidos por falta

de apoyo, englobando a una escasa cantidad de terreno. Suele tratarse de rocas que caen por una ladera, debido a la pérdida del apoyo que las sustentaba. )ntre los desprendimientos o desplomes, se puede incluir el caso del desplome de una columna rocosa en un acantilado, debido a la er#s$n en la base del mismo pueden ser ocasionados por la naturaleza o por la humanidad.

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Corrimientos Son movimientos que afectan a una gran cantidad de masa de terreno. n tipo particular de %#rr!en"# de "err& son los deslizamientos, que se producen cuando una gran masa de terreno o zona inestable, desliza con respecto a una zona estable, a través de una superficie o fran$a de terreno de peque3o espesor. "os deslizamientos se producen cuando en la fran$a se alcanza la tensi!n tangencial m#xima en todos sus puntos. )stos tipos de corrimiento son ingenierilmente evitables. Sin embargo, los siguientes no lo son: •

n flu$o de arcilla se produce en zonas muy lluviosas afectando a zonas muy grandes. "os terrenos arcillosos, al entrar en contacto con el agua, se comportan como si alcanzasen el límite líquido, y se mueven de manera m#s lenta que los deslizamientos. Se da en peque3as pendientes, pero en gran cantidad.

•

"icuefacci!n: se da en zonas de arenas limosas saturadas, o en arenas muy finas redondeadas (loess. -ebido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, las presiones son tan elevadas que un seísmo, o una carga din#mica, o la elevaci!n del nivel fre#tico, pueden aumentarlas, llegando a anular las tensiones efectivas. )sto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comport#ndose el terreno como un NpseudolíquidoO. Se produce, entre otros terrenos, en rellenos mineros.

•

2eptaci!n: movimiento muy lento que se da en capas superiores de laderas arcillosas, de en torno a 9A centímetros de espesor. )st# relacionado con procesos de variaci!n de humedad estacionales. Se manifiestan en forma de peque3as ondulaciones, y suelen ser signo de una posible futura inestabilidad generalizada.

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ANALISIS CINEMHTICO DE TALUDES EN MACI
*n#lisis cinem#tico del mecanismo planar. omado de *rmasIPagoya, 7AA>. )n el an#lisis de taludes en macizos rocosos, se presentan bloques de roca delimitados por un sistema tridimensional de planos de discontinuidad. Se entiende por discontinuidad a todas aquellas estructuras geol!gicas (fallas, fracturas, diaclasas, estratificaci!n, foliaci!n, etc. que forman dichos planos, los que com&nmente se conoce como f#brica estructural del macizo rocoso. /ormalmente este tipo de discontinuidades son producto del tectonismo a la que fue su$eta la roca en un estado inicial de esfuerzos. -ependiendo de la orientaci!n de las discontinuidades se tendr# un patr!n de fracturamiento que delimitar# los bloques de roca. Eara poder realizar el an#lisis tridimensional de las familias de discontinuidades, se necesita hacer este tipo de proyecci!n en un plano bidimensional. Eara tal efecto existen dos tipos de proyecciones esféricas: una es la red estereogr#fica de "ambert o Schmidt, y la otra es la proyecci!n de Qulff. -iversos autores dentro de la n'ener(&

39


'e#)$'%& han

aplicado ambas técnicas, las cuales son del todo idénticas y no hay

ninguna dificultad para utilizar un sistema u otro. "a &nica limitaci!n que existe es que al iniciar el an#lisis con cualquiera de los dos sistemas, éste deber# continuarse empleando hasta el término del proyecto o del estudio.

METODOS ANAL0TICOS DE CHLCULO

@étodo de las rebanadas, donde se estudia el equilibrio de cada rebanada )n ingeniería los c#lculos buscan estimar el con$unto de fuerzas que act&a sobre la porci!n de tierra. Si las fuerzas disponibles para resistir el movimiento son mayores que las fuerzas que desequilibran el talud entonces se considerar# estable. )l factor de seguridad es el cociente entre ambas y tiene que se mayor que 6 para considerar el talud estable:

40


)n caso de terremoto, infiltraci!n de agua, obras descontroladas u otro tipo de causa el equilibrio puede romperse, las fuerzas desequilibradoras ser mayores de las estimadas y producir finalmente la rotura. Eara calcular las fuerzas se pueden emplear los siguientes métodos.

MGTODO DE LAS RE5ANADAS )l método de las rebanadas es un método para analizar la estabilidad de un talud en dos dimensiones. "a masa que se desliza por encima de la fractura se divide en gran n&mero de rebanadas. "as fuerzas actuando en cada rebanada se obtienen de considerar el equilibrio mec#nico de cada una.

MGTODO DE 5ISOP )l método modificado (o simplificado de +ishop * es una extensi!n del método de las rebanadas. )n este método se realizan varias suposiciones que permiten hacer c#lculos m#s f#ciles: •

"as fuerzas en las caras de cada rebanada son horizontales.

Se ha comprobado que este método genera factores de seguridad desviados un peque3o porcenta$e de los valores RcorrectosR

DONDE:

41


c T la cohesi!n efectiva T el #ngulo de rozamiento interno b T ancho de cada rebanada, asumiendo que todas tienen el mismo espesor Q T peso de cada rebanada u T presi!n de agua en la base de cada rebanada

ANHLISIS DE ESTA5ILIDAD DE TALUDES actor de Seguridad: relaci!n entre valores m#x. que resisten (corresponden a la resistencia de los suelos y las grandezas o valores que provocan el movimiento. )l factor de seguridad en un punto del talud depende del plano de falla considerado. 1 el S a lo largo de una superficie de falla es el que toma en cuenta la tensi!n cortante disponible y la tensi!n cortante al equilibrio, es decir la suma de todas las fuerzas actuantes.

7ACTORES DEL 7S: Halores de factores de seguridad: U T6 )quilibrio U V6 Seguridad cuestionable U 6I6.79 nestable U 6.79I6.>A Seguridad 2elativa U T6.9A Satisfactorio para taludes U T6.9A Satisfactorio para taludes de presas de tierra o enrocamiento )l factor de seguridad para la superficie de falla, se compone con un Smin T 6.9 ST6: equilibrio, tiende a la falla SW6: relativamente estable 42


SV6: inestable

CHLCULO DE ESTA5ILIDAD EN TALUDES MGTODOS DE CHLCULO

•

"os métodos de c#lculo para el an#lisis de estabilidad de taludes pueden clasificarse en dos grupos:  @étodos de an#lisis limite.  @étodos de equilibrio limite.

8) METODOS DE ANALISIS LIMITE: Eresenta cierto grado de comple$idad ya que necesita de la aplicaci!n del método del elemento finito, pero permite el c#lculo de deformaciones así como el de esfuerzos, tomando en cuenta la ley de comportamiento del material.

43


9) METODOS DE E@UILI5RIO LIMITE: Se eval&a el talud en su estado de falla, bas#ndose en las consideraciones de equilibrio limite. )l talud se desliza a lo largo de una superficie de falla. -onde se moviliza toda la resistencia al corte del material

) METODOS EACTOS: Son aquellos en los que el equilibrio est#tico proporciona una soluci!n exacta del problema, con la salvedad de las simplifaciones propias de los métodos de equilibrio límite, que es la ausencia de evaluaci!n de deformaciones, factor de seguridad constante en toda la superficie potencial de deslizamiento. )sta situaci!n solo es posible para taludes con geometrías sencillas, tales como taludes infinitos o cu3as.

2) METODOS NO EACTOS:

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)n la mayor parte de los casos, la geometría de la potencial superficie de deslizamiento no permite obtener una soluci!n exacta del problema mediante la &nica aplicaci!n de las ecuaciones de la est#tica. )l problema es hiperest#tico y se deben introducir consideraciones adicionales o hip!tesis previas para obtener su soluci!n.

LOS METODOS APROIMADOS efect&an algunas hip!tesis que permiten eliminar las inc!gnitas que faltan (métodos de ellenius, +ishop simplificado, Xanbu etc.

LOS METODOS PRECISOS plantean hip!tesis con respecto a los esfuerzos tangenciales y normales en las caras de las dovelas siguiendo una ley general (métodos de @orgensternIprice, Spencer, +ishop riguroso, etc.

3) METODOS DE @UILI5RIO 6LO5AL Se aplican en suelos homogéneos en los cuales las potenciales superficies de deslizamiento presentan secciones transversales circulares. )l an#lisis se efect&a en tensiones totales, por lo que se adaptan particularmente bien para condiciones no drenadas. )l an#lisis es iterativo y consiste en seleccionar entre varios círculos potenciales de deslizamiento aquel que presente el mínimo valor de factor de seguridad.

ANHLISIS DE ESTA5ILIDAD DE TALUDES IN7INITOS "a

falla

de

taludes

infinitos

corresponde a un deslizamiento por traslaci!n de una masa de suelo sobre

un

plano

paralelo

a

la

superficie del talud y de poca profundidad relativa. )ste tipo de fallas presenta generalmente en suelos de ba$a o nula cohesi!n. Sin embargo

pueden originarse en suelos cohesivos cuando se

presentan discontinuidades paralelas al talud. )ste tipo de an#lisis supone que los par#metros de resistencia al corte son constantes a lo largo de la superficie de deslizamiento.

45


*

continuaci!n

se

analiza

la

estabilidad de un talud, por unidad de ancho, para un caso general (material con cohesi!n y fricci!n y flu$o de agua.

)l an#lisis de un talud infinito se hace independiente de la altura, por lo que se puede analizar el equilibrio

de

un

elemento

cualquiera de altura P y ancho b.

DONDE: W : peso del elemento. N :

uerza total normal a la base del elemento.

U b : Eresi!n de poros en la base del elemento. T m : fuerza decorte movilizada para mantener el equilibrio.

): fuerza de cara vertical del elemento. γ : peso especificototal del material γ w : Eeso específico del agua

Eor simetría: Ei= E i+

1

46


)l peso del elemento es: W = γ .2 b . cos ( β ) )quilibrio de fuerzas en el sentido perpendicular al talud: N =WCO ( β ) . )quilibrio de fuerzas en el sentido paralelo al talud

T m TQsen ( β ¿

)l esfuerzo normal y de corte movilizado en la base del elemento son: N 2 ! n = = γz cos ( β ) b

" n =

T n b

=γzcos ( β ) sen( β )

Si se asume que la resistencia al corte del suelo sigue el criterio de @orhI%oulomb #

#

 = c + ! tan ( ∅ )

)l m#ximo esfuerzo de corte que se puede movilizar es: " f = c + ( ! n−ub ) tan ( ∅ ) =c + γz |cos ( β )−r u| tan ( ∅ ) #

#

2

-!nde: r u=

ub γz

)l factor de seguridad del elemento y por lo tanto del talud se define como: #

c 2 cos ( β )− r u ) tan ( ∅) + ( " f γz $= = " m cos ( β ) sen ( β )

47


Si se define la

base 0 la altura de

presi!n en 0 y en - son: % 0=U O + O % & =O + γ w + '

1a que 0- es una línea equipotencial (G 0 YG-

uo− γ w '

´ = z cos ( β ) CO ´ = O&

zcos ( β ) cos ( β −( )

´ cos ( ( )= zcos ( β ) cos (( ) ' =O& cos ( β − ( ) U 0=

γ w zcos ( β ) cos ( ( ) cos

( β −( )

CASOS ESPECIALES 6 suelo sin cohesi!n sin flu$o de agua (%ZTA, uoTA

48


$=

(∅ ) tan ( β ) tan

"a estabilidad del talud es independiente de P y el #ngulo crítico del talud (ST6 es # igual al #ngulo de fricci!n del suelo β crip=∅

7 suelo con cohesi!n y sin flu$o de agua ( cZ[A, u ATA #

c + cos2 ( β ) tan ( ∅ ) γz $= cos ( β ) sen ( β )

)n este caso hay una profundidad crítica P crip a la cual ocurrir# la falla # ∅

( )− tan ¿ γ ¿ # c sec ( β ) z crit = ¿ 8 suelo sin cohesi!n y flu$o de agua paralelo al talud (cZTA, uo[A Si el flu$o es paralelo al talud ( = β y uo= γ w z cos ( β ) tan β

2

2

r u=

uo γz

=

γ w γ

cos

( )

2

( β )

( # ) $= 1− γ tan ( β ) γ w

tan ∅

"a estabilidad del talud es independiente de P y el #ngulo crítico del talud (ST6 es igual a:

(

( ) γ

) = 1 − γ w

tan β crit

tan

(∅# )

ANHLISIS DE 7ALLAS PLANAS

49


ESTA5ILIDAD DE UN SUELO NOJ COESIVO

$ solicitante=WEN ( ( ) $ resistente = N tan ( ∅ )=Wcos ( ( ) tan ( ∅ ) #

$ resistente tan ( ∅ ) $ .  . = = $ solicitante tan ( ( ) $ resistente tan ( ∅ ) $ .  . minimo = = $ solicitante tan ( i )

ESTA5ILIDAD S0SMICA KPSEUDO J ESTHTICOB E$ &$ano de #a$$a: $ solicitante=Wsen ( ( ) + ) ' Wcos ( ( )

[

$ resistente = N tan ( ∅ )= Wcos ( ( )− ) ' Wsen ( ( ) #

$ .  . =

] tan (

− ) ' tan (( ) tan ( ∅ ) ) '+ tan ( ( )

1

$ .  . minimo =

− ) i tan (i ) tan ( ∅ ) ) '+ tan ( i)

1

MGTODO DE LA CUFA O 5LO@UE

50

)

∅


•

)n este método es necesario determinar la superficie de deslizamiento m#s crítica. T $ .  . = * a− * *

A5ACOS PARA EL CALCULO DE ESTA5ILIDAD •

%uando

γ +∅ + c

son constantes en

talud, el an#lisis se simplifica y se puede •

reducir a simples gr#ficos. )xisten una serie de gr#ficos para

•

distintas condiciones. "a figura muestra el diagrama del método desarrollado por aylor para suelos con cohesi!n y fricci!n.

A5ACO DE TALOR

51


MGTODO SUECO •

@étodo basado en superficies de fallas circulares en condiciones no drenadas. )n estos casos la resistencia al corte depende solamente del par#metro S .

$ .  . =

∑ , ∑ ,

resistente volcantes

MGTODO DE LAS DOVELAS •

Eueden resolverse problemas que involucren varios estratos de suelos diferentes presencia de napa. Ceometrías complicadas de la superficie del

•

talud. )fecto de cargas externas, etc. )l esfuerzo normal que act&a e un punto de la potencial superficie de falla

•

depende principalmente del peso de suelo situado por encima de ese punto. )ste método consiste en dividir la masa de suelo en una serie de dovelas verticales.

52


Seg&n mohrI

# coulomb: t =c . - + ! . tan ∅

, resistencia $ .  . = = , ,OTO

∑ t . / l = c . -+ tan ∑ ! / l ∑ W .sen0 ∑ W .sen0 i

# i

∅

i

i

i

1

i

i

MGTODO SIMPLI7ICADO DE 5ISOP

•

Se hace equilibrio de fuerzas solamente en el sentido vertical en cada dovela: N i cos ( 0i )= N i cos ( 0i ) + ui / 1 i cos ( 0 i )=W i −T i sen ( 0i ) #

•

Gaciendo equilibrio de momentos (global se obtiene: i =n

1 (c / 2 + ( W −U / 2 ) tan ( ) ) ∑ , (0 ) = #

i

$ .  . =

i

i

i

# ∅

i

1

i

i=n

(W sen ( 0 ) ) ∑ = i

i

i

1

53


sen|0i|tan ( ∅ ) #

, i ( 0 ) =cos ( 0i ) + •

$

)l factor de seguridad se obtiene iterando.

MGTODO DE MOR6ENSTERNJ PRICE •

•

)ste método cumple con las condiciones de equilibrio de fuerza como de

momentos, "a direcci!n de la resultante de la fuerza normal y de corte en las caras laterales de las dovelas es determinada por medio de una funci!n arbitraria. )l porcenta$e de esta funci!n requerida para satisfacer el equilibrio de fuerzas y momentos es calculado mediante iteraci!n. 2 = E3f ( 4 )

MEDIOS DE ESTA5ILI
Se utilizan cuando taludes propuestos o existentes no poseen la estabilidad

•

necesaria. )l método estabilizador debe disminuir los esfuerzos y=o aumentar la resistencia a lo

•

largo de la potencial superficie de falla. "a selecci!n del método de estabilizaci!n depende una serie de factores (coduto p. 6555: 54


     

@odo presencial de falla. opografía. Eresencia de construcciones cercanas. %onsecuencias de la falla. -isponibilidad de materiales y maquinaria. iempo y costo de la construcci!n.

8B DESCAR6A DE TALUD

•

na manera de reducir los esfuerzos de corte en el talud es descarg#ndolo, ya sea reduciendo la altura y=o #ngulo del talud.

9B ME?ORAMIENTO DEL DRENA?E @étodos de estabilizaci!n incluyen el me$oramiento del drena$e ya sea en la superficie y dentro del talud. *l disminuir la presi!n de poros aumenta la resistencia al corte a lo largo de la potencial superficie de deslizamiento.

B 5ERMAS DE ESTA5ILI

las bermas de estabilizaci!n se construyen al pie del talud para estabilizar taludes que puedan presentar fallas de rotaci!n profundas. )l peso de la berma contrarresta el momento volcante y reduce los esfuerzos de corte movilizados al aumentar la longitud de la superficie de deslizamiento.

2B 6EOSINTETICOS "os geosinteticos son materiales flexibles compuestos por polímeros. 2efuerzan el suelo agreg#ndole una resistencia a la tensi!n. )l refuerzo se tiene que extender m#s all# de la superficie de deslizamiento. • • •

3B ANCLA?ES •

"os ancla$es son miembros estructurales que aplican fuerzas de estabilizaci!n

•

al talud. %onsisten usualmente en barras de acero que se insertan mas alla de la superficie de deslizamiento critica.

56


;B SOIL NAILIN6 • •

écnica de refuerzo inIsitu para taludes inestables. Se refuerza la masa de suelo transfiriéndole resistencia a la tensi!n y al corte.

=B PILOTES )l refuerzo de taludes con pilotes puede ser una técnica efectiva de •

remediaci!n cuando métodos convencionales no son suficientes.

"os pilotes ofrecen una resistencia pasiva al deslizamiento del talud, transfiriendo la carga por corte al material subyacente.

57

MONOGRAFIA ESTABILIZACION DE TALUDES.docx

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