Geotécnia Aplicada a la Ingeniería Civil
CESEL S.A.
SISTEMAS DE EVALUACION DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES Auto r
: Ing. Hebert Sotelo Aedo
Car g o
: Jefe del Departamento de Geotecnia CESEL S.A.
E -m a i l
:
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RESUMEN El presente trabajo es el resultado de una cuidadosa investigación de mas de 700 taludes en suelos, realizada en el sur del Perú y verificada en varias regiones; ésta metodología usa el criterio de valoración, asignando un determinado puntaje por cada característica principal del talud, de donde se obtiene el valor ETS para taludes en suelos, considerando su geometría, granulometria, compacidad, presencia de agua, grado de alteración de las partículas y la susceptibilidad al deslizamiento; del mismo modo para taludes conformados por macizos rocosos, se usa el criterio original propuesto por Bieniawski (1979) y su aplicación a taludes realizada por Romana en 1985, determinado en primer lugar el valor RMR (Rock Mass Rating), considerando sus características principales como, la resistencia a la compresión simple de la roca intacta, el RQD, el espaciamiento de las discontinuidades, el estado de las discontinuidades y las condiciones del agua, entre otros y luego la valoración SMR; con los datos obtenidos se obtiene finalmente el Grado de Estabilidad o la condición del talud y permite clasificar a los taludes en cuatro grandes grupos (Estables, Normalmente Estables, Inestables y Críticos); así mismo, permite definir el sistema de sostenimiento preliminar del talud. Este procedimiento puede ser usado en todo talud realizado en tajos abiertos de minas, accesos entre otros.
1.
INTRODUCCIÓN A través de los años, se ha realizado innumerables sistemas de evaluación para determinar el grado de estabilidad de los taludes en suelo, las más usada en nuestro medio por algunos especialistas es la desarrollada en función del riesgo, que considera el equilibrio actual, su evolución, la topografía el volumen y los posibles daños; se observa que este sistema es muy subjetivo y no considera condiciones como el agua, altura del talud, etc., por lo que no es aceptada por muchos especialistas. Luego de muchos años de observación del comportamiento de los taludes de corte, en varias regiones del Perú, se tiene un sistema de evaluación práctico, económico y rápido, que permite determinar el grado de estabilidad de todos los taludes de un tramo, optimizando los recursos disponibles.
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METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES El sistema que a continuación se describe considera para cada tipo de material sus principales agentes condicionantes.
2.1
Valoración de la Estabilidad de Taludes en Suelo (ETS)
El sistema de valoración de la Estabilidad de taludes en Suelo (ETS), es un sistema que a lo largo de los años se ha pretendido realizar y es el fruto de una investigación cuidadosa y detallada. Para poder ver el comportamiento de los taludes, se ha realizado un análisis de todos los parámetros que influyen en la inestabilidad de taludes; estos parámetros fueron agrupados y se observó la sensibilidad de cada uno de ellos. Del análisis realizado se ha determinado que son 7 los factores principales que intervienen en la estabilidad de los taludes en suelo, siendo éstas las siguientes: 1. Granulometría. 2. Relación del ángulo del talud y su compacidad. 3. Altura del talud. 4. Altura crítica y su ubicación. 5. Condiciones del Agua. 6. Grado de alteración de las partículas. 7. Susceptibilidad al deslizamiento. La “VALORACIÓN ETS”, se obtiene sumando todas las valoraciones parciales.
ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELO (ETS) Granulometría del material - Angularidad Valoración 0-5 Compacidad / Angulo del Talud Valoración 0-5 Altura del Talud y Altura Crítica
ETS - Básico 0 - 42
Valoración 0-10 Condiciones del Agua Subterránea Valoración 0-5 Alteración de las Partículas Valoración 0-2 Susceptibilidad al Deslizamiento Valoración 0-15
Figura 1. Esquema del sistema de Valoración en Suelos (ETS) Área de Geotécnia
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Valoración de la Estabilidad de Taludes en Roca
Los macizos rocosos se presentan en el medio de una manera no continua, no homogénea ni isotrópica, y está afectado por discontinuidades tales como fallas, pliegues, junturas, agrietamientos motivo por el cual determinar sus propiedades mecánicas resulta complicado por la escala y magnitud, por lo que para determinar estas características se ha usado las relaciones empíricas planteados Bieniawski en 1979. El sistema de valoración del macizo rocoso (Rock Mass Rating), también conocido como Clasificación Geomecánica, fue desarrollado por Bieniawski durante los años de 1972 a 1973, modificado con los años conforme más casos históricos llegaron a estar disponibles, y adecuado a las normas y procedimientos internacionales (Bieniawski, 1979). Este método es aceptado debido a su inherente facilidad de uso y versatilidad en la práctica de la ingeniería, involucrando túneles, cámaras, minas, taludes y cimentaciones. El sistema RMR, cuenta con cinco parámetros básicos siendo estas los siguientes: 1. Resistencia de la Roca Intacta 2. Designación de la Calidad de la Roca (RQD) 3. Espaciamiento de Discontinuidades 4. Estado de las Discontinuidades 5. Condiciones de Agua Subterránea La clasificación RMR ha sido complementada con factores de reducción que dependen de la interrelación de los elementos de orientación de las discontinuidades con la obra de ingeniería, así como de los métodos de excavación. En función al sistema de valoración propuesto por Bieniawski en 1979, Romana en 1985, propuso un sistema de valoración de aplicación a taludes, este sistema considera el efecto de la discontinuidad del macizo rocoso en función al corte del talud, por otro lado considera, el tipo de falla predominante y método de excavación; el siguiente cuadro resume el esquema de evaluación en taludes rocosos.
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ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCA (RMR - SMR) Resistencia de la roca intacta
Ajuste por daño de voladura
Valoración 0-15
0.80 - 1.0 Densidad de las discontinuidades RQD : 0-20 Espaciamiento: 0-20
RMR Básico 0 - 100
Valoración 0-40
Ajustes por esfuerzo in-situ y cambio de esfuerzo
SMR 0 - 100
0.60 - 1.2
Condición de las discontinuidades
Fallas y fracturas mayores
Valoración 0-30
0.70 - 1.0
Condición de l agua subterránea
Ajuste por orientación de las discontinuidades
Valoración 0-15
Figura 2. Esquema del sistema de Valoración en Roca (RMR - SMR)
3.
GRADO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Para uniformizar la evaluación y se pueda entender bajo un mismo criterio de ha realizado una cuidadosa observación de las condiciones de los taludes, mediante el cual se divide los taludes por su grado de estabilidad en los siguientes grupos: E0
: Talud Totalmente Estable
E1
: Talud Normalmente estable o Parcialmente estable
E2
: Talud Inestable
E3
: Talud Crítico
Para los taludes en roca teniendo en cuenta la valoración “SMR” se tiene:
Cuadro Nº1 GRADO DE ESTABILIDAD
E3
E2
CLASE
V
IV
III
II
I
VALORACION (SMR)
0 – 20
21 - 40
41 – 60
61 - 80
81 - 100
DESCRIPCIÓN (SMR)
Muy Mala
Mala
Regular
Buena
Muy Buena
Critico
Inestable
DESCRIPCIÓN (ESTABILIDAD)
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E1
E0
Normalmente Estable
Totalmente Estable
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Para taludes en suelo considerando la valoración “ETS”, se tiene:
Cuadro Nº2 GRADO DE ESTABILIDAD VALORACIÓN (ETS) DESCRIPCIÓN (ESTABILIDAD)
E3
E2
E1
E0
> 30.0
15.0 - 30.0
7.50 - 15.0
0 - 7.50
Crítico
Inestable
Normalmente
Totalmente
Estable
Estable
Los rangos de estabilidad consideran los siguientes criterios:
3.1
Totalmente Estable (E0)
Este grupo está conformado por todos aquellos taludes que no presentan ningún tipo de peligro para los accesos o edificaciones ubicadas en el borde superior o inferior del talud o ladera, es decir, se espera que de ocurrir caídas de bloques pequeños, gravas y/o material fino, no van a afectar más allá de cubrir la berma del acceso, pero en ningún caso causaría daños humanos ni materiales. Por lo general para los taludes con este nivel de estabilidad no será necesario ninguna medida correctiva.
3.2
Normalmente Estable (E1)
Están comprendidos bajo esta denominación todos los taludes que representan un peligro moderado para las edificaciones que se encuentren al borde superior o al pie del talud; en estos taludes, no se espera falla. En forma general son Estables salvo algunas caídas ocasiones de bloques. Para este grupo normalmente la solución está asociada con los desquinches de los bloques o gravas sueltas y algún muro de contención frente a un proceso geodinámico.
3.3
Inestable (E2)
Está conformado por todos aquellos taludes que presentan peligro, es decir que de ocurrir un derrumbe o desprendimiento importante no solo obstaculizaría el tránsito vehicular sino que puede dañar las edificaciones que se encuentran al pie o al borde superior del talud, con la consiguiente pérdida de vidas humanas. La solución a estos taludes, estará asociada a muros, drenes, enmallados, vallas de retención y cortes del talud o conformación de banquetas.
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Crítico (E3)
En esta calificación se agruparán a todos aquellos taludes que están en un estado muy crítico, con evidencia de movimiento, que representan un serio problema, es decir que de ocurrir un derrumbe, desprendimiento y/o caída de bloques y gravas dañaría la carpeta asfáltica, así como las viviendas que se encuentran al borde superior e inferior del talud con las respectivas pérdidas de vidas humanas. Las soluciones en estos taludes, están asociadas a una investigación geotécnica mas detallada, y generalmente involucra la combinación de varias soluciones geotécnicas. Finalmente, con el sistema propuesto se puede tener una idea general de la estabilidad de todos los taludes; en algunos casos se puede asociar los grados de estabilidad con coloraciones, como se ilustra en la figura siguiente:
SISTEMAS DE EVALUACION
ETS (Suelos)
RMR-SMR (Rocas)
GRADO DE ESTABILIDAD E0: Totalmente Estable E1: Normalmente Estable E2: Inestable E3: Crítico
Figura 3. Esquema del Sistema de Evaluación de la Estabilidad de Taludes en un tramo Típico.
4.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES -
Para la evaluación de taludes en suelo, se propone utilizar el sistema de Valoración “ETS”, que considera 7 los factores principales que intervienen en la estabilidad de los taludes en suelo, siendo éstas la granulometría de los materiales, relación del ángulo del talud con la compacidad, la altura del talud, la altura crítica y su ubicación, las condiciones del agua, el grado de alteración de las partículas y la susceptibilidad al movimiento.
-
Para la evaluación de los taludes en roca se propone utilizar el sistema de valoración RMR propuesto por Bieniawski en 1979, cuya adaptación para la evaluación de taludes fue realizada por Romana en 1985 “SMR”. Este sistema de valoración permite establecer el grado de estabilidad del macizo rocoso considerando sus características principales como, la resistencia a
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la compresión simple de la roca intacta, el RQD, el espaciamiento de las discontinuidades, el estado de las discontinuidades y las condiciones del agua. -
Los taludes según su estabilidad usando, el sistema de valoración ETS (suelo) y SMR (roca), se agrupan en: Taludes Totalmente estables (E0) Taludes Normalmente estables (E1) Taludes Inestables (E2) Taludes Críticos (E3)
-
Los taludes con grado de estabilidad E0, no requieren de ningún sistema de soporte adicional; los taludes con grado de estabilidad E1, están asociados generalmente con caída de bloques sueltos y se hace necesario en la mayoría de los casos el desquinche de los mismos; los taludes con grado de estabilidad E2, pertenecen a los inestables y requieren de un sistema adicional de soporte generalmente muros o mallas de protección y los taludes con grado de estabilidad E3, son críticos y requieren de una mayor evaluación Geotécnica y la solución a la inestabilidad debe ser estudiada con sumo cuidado.
REFERENCIAS
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Erast G. Gaziev (1977) "ESTABILIDAD DE LOS MACIZOS ROCOSOS Y METODOS DE ESTABILIZACION"
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Ever Hoek, John Bray (1981) "ROCK SLOPE ENGINEERING"
-
Ever Hoek, E.T. Brown (1980) "UNDERGROUND EXCAVATION IN ROCK”
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Ever Hoek, E.; Kaiser, P.K. y Bawden, W.F. (1998).: “Support of underground excavations in hard rocks”.A.A. Balkema. Rotterdam.
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Gian Paolo Giani (1992)
-
Sotelo, Hebert. (1997) “Análisis de estabilidad de taludes en macizos rocosos”
-
Sotelo, Hebert (2003) “Sistema de Evaluación de la Estabilidad de Taludes en Suelo ETS”
-
Z.T. Bieniawski (1979) "ENGINEERING ROCK MASS CLASSIFICATIONS"
Área de Geotécnia
"ROCK SLOPE STABILITY ANALYSIS”
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