UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FILIAL AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TEMA
: Fallas en taludes de suelos
CURSO
:Mecanica de Suelos Aplicada
DOCENTE
: Ing. Jorge Luis Alejandro Quispe
ESTUDIANTES
: Leandro Zeballos Manchego Juan Carlos Chacon villasante Raul Zapana Huaricacaha
Año
:X
AREQUIPA – PERÚ 2012
TIPOS DEFALLAS EN TALUDES DE SUELO. INTRODUCCION A una superficie de terreno inclinado se le llama talud, pueden ser producto de cort es o terraplenes para diferentes obras, como pueden ser, presas de tierra, vías terrestres, plataformas industriales, puertos, etc.; también pueden tener un origen natural, y en este caso se les conoce como laderas. En los taludes por ser inclinados, la fuerza de gravedad juega un factor importante en su estabilidad, porque existe una componente sobre la masa del suelo que induce a que éste se deslice sobre una superficie de falla cuando se supera la resistencia al corte. Los tipos de fallas en taludes son muy variados, en laderas se encuentran: fallas por deslizamiento superficial, que se deben a fenómenos cerca de la superficie por la falta de presión normal confinante con desplazamientos muy lentos semejantes a un flujo viscoso; fallas por erosión provocadas por agentes erosivos como lo son el viento y el agua; Fallas por licuación cuando la presencia de agua y un movimiento vibratorio reducen la r esistencia al esfuerzo cortante del suelo, prácticamente a cero. Sin embargo una de las fallas más preocupantes en los diferentes tipos de taludes es la falla por movimiento del cuerpo del talud o deslizamiento de tierr as, dividiéndose en: fallas por rotación y fallas por traslación, las primeras se suceden a través de una superficie de falla curva y la segundas a través de un plano débil ligeramente inclinado en el cuerpo del talud o en la cimentación. Las fallas de talud de deslizamiento de tierras por rotación se consideran prácticamente circularmente cilíndrica y se pueden clasificar como: falla de pie de talud,falla superficial y falla de base o profunda. Según Varnes (1978) tenemos los siguientes tipos de fallas comunes en lostaludes: • Caídas (“Falls”) • Vuelco (“Topple”) • Deslizamiento (“Slides”) • Escurrimiento (“Spread”) • Flujo (“Flow”)
TIPOS DE FALLA Los tipos de fallas más frecuentes en los taludes son los siguientes:
1.- Falla por deslizamiento superficial: Este tipo de falla se produce por la acción de las fuerzas naturales que tienden a hacer que las partículas y porciones del suelo próximas a su frontera deslicen hacia abajo. Este fenómeno es más intenso cerca de la superficie inclinada del talud debido a la ausencia de presión normal confinante. Otras causas que pueden producir éste tipo de falla son: aumento de las cargas actuantes en la cresta del talud, disminución de la resistencia del suelo al e sfuerzo cortante o en el caso de laderas naturales, razones de conformación geológica que escapan de un análisis local detallado. Este fenómeno se pone de manifiesto por una serie de efectos notables, tales como la inclinación de los árboles debido al arrastre de las capas superiores del terreno, la inclinación de postes, movimientos relativos y ruptura de muros, acumulación de suelos en las depresiones y f alta de los mismos en las zonas altas, etc. Se pueden mencionar dos tipos de deslizamientos: el estacional, que afecta sólo la corteza terrestre, el cual soporta los cambios climáticos en forma de expansiones y contracciones, y e l masivo que afecta a las capas más profundas y que es atribuido al efecto gravitacional.
2.- Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes. Se trata de un mecanismo de falla que envuelve una cantidad importante de material, por lo que ya no se trata de un deslizamiento superficial sino de uno más profundo, pudiendo llegar a producir una verdadera superficie de falla. Este es un tipo de movimiento lento por lo que puede llegar a ser inadvertido. La mayor parte de este tipo de movimientos están asociados a ciertas estratigrafías que son favorables a ellos (laderas formadas por depósito de material sobre otras e stratificaciones firmes), al mismo tiempo que a flujos estacionales de agua en e l interior de la ladera, produciendo superficies de falla prácticamente planas.
3.- Falla por movimiento del cuerpo del talud (deslizamiento de tierra). Este es un tipo de movimiento que se caracteriza por su brusquedad, el cual afecta a masas considerables de suelo, generando una superficie de falla profunda. Se considera que la superficie de falla se forma cuando actúan esfuerzos cortantes superiores a la resistencia del material. En el interior de la masa de suelo existe un estado de esfuerzos que vence, en forma más o menos rápida, la resistencia al esfuerzo cortante del suelo produciéndose la falla del mismo con la formación del deslizamiento a lo largo del cual se pro duce la falla. Este tipo de movimientos es típico de los cortes y de los terraplenes. Existen dos tipos de falla: 1- rotacional 2- traslacional En la falla rotacional se define una superficie de falla curva (generalmente asumida circular) a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud.
Fallas en suelos: A. Falla traslacional, B.Falla rotacional. Cuando la superficie de falla pasa el pie del t alud se origina la llamada falla de base. En el caso que pase justo por el pie del talud seria la falla al pie del talud y cuando la falla oc urre en el cuerpo del talud se produce la falla local. La falla traslacional ocurre a lo largo de planos débiles que suelen ser horizontales o muy poco inclinados respecto a la horizontal.
La superficie de falla se desarrolla en forma paralela a los estratos débiles, los cuales son, generalmente, arcillas blandas, arenas finas o limos no plásticos sueltos. Frecuentemente, la debilidad del estrato e stá ligada a elevadas presiones de poros por el agua contenida en las arcillas o a fenómenos de e levación de la presión del agua en los estratos de arena (acuíferos). Las fallas también están muy ligadas a las temporadas de lluvia por la recarga de agua de los suelos, ya que la absorben más rápidamente de lo que se escurre por lo que aumentan de peso.
4.- Flujos Este tipo de falla consiste en movimientos más o menos rápidos de zonas localizadas de una ladera natural donde los desplazamientos asemejan el fluir de un liquido viscoso no existiendo una superficie de falla definida. Este tipo de falla puede ocurrir en cualquier formación no consolidada, presentándose en fragmentos de roca, depósitos de material, suelos granulares finos, arcillas, etc. Los flujos se dividen en dos grupos:
a)Flujo en materiales relativamente secos: En este grupo quedan comprendidos los flujos de fragmentos de roca, asociados a fenómenos de presión del aire atrapado entre los fragmentos, semejante a los mecanismos de presión de poros del agua. Se ha dado el caso, que debido a temblores se ha producido una destrucción de la estructura del material produciendo una verdadera licuación, pero con el aire jugando el papel que generalmente desempeña el agua.
b) Flujos en materiales húmedos: Son flujos que requieren una proporción apreciable de agua co ntenida en el suelo, normalmente llamado flujo de tierra. Si el contenido de agua en el material es muy elevado se denomina flujo de lodo. Los flujos de tierra se desarrollan típicamente en el pie de los deslizamientos de tipo r otacional en el cuerpo del talud. En otras ocasiones ocurren con cierta independencia de cualquier otro deslizamiento anterior. En los flujos de lodo, el deslizamiento ocurre en materiales finos con elevado contenido de agua. La falla produce una perturbación completa de la estructura deslizándose y arrastrando todo a su paso.
5.- Fallas por erosión Estas son fallas superficiales provocadas por la acción del viento y del agua sobre el talud, siendo más evidente en aquellos que tienen una pendiente más pronunciada. La falla se manifiesta en irregularidades, socavaciones y canalizaciones en el plano de l talud.
6.- Falla por licuación Estas fallas ocurren en arcillas extrasensitivas y arenas poco compactas, las cuales, al ser perturbadas, pasan rápidamente de una condición más o menos estable o una suspensión, con la pérdida casi-total de la resistencia al esfuerzo cortante. Las dos causas que puede atribuirse esa perdida de resistencia son: incremento de los esfuerzos cortantes actuantes y desarrollo de la presión de poros correspondiente, y por el desarrollo de presiones elevadas en el agua intersticial, quizás como consecuencia de un sismo, una explosión, etc.
7.- Fallo por falta de capacidad de cargo en el terreno de cimentación Este tipo de fallo se produce cuando el terreno tiene una capacidad de carga inferior a las cargas impuestas. Este tipo de fallas sucede a menudo en el área metropolitana, debido a que se construye sobre rellenos no compactados o con un bajo nivel de co mpactación. En el caso de las fundaciones, se colocan fundaciones superficiales en un terreno de baja capacidad de soporte o pilotes cuya profundidad no alcanzó el terreno firme. También ocurre el caso de construcciones muy pesadas para el terreno en el que están situadas.
TIPOS DE FALLAS EN TALUDES DE SUELO . Para comprender algo acerca del papel de la fricción y la cohesión en una masa de suelos, tomemos un talud que ha de fallar, no por deslizamiento superficial sino por movimiento del cuerpo del talud. Nos interesa el segundo caso donde la falla puede ser traslacional o rotacional según el tipo de suelo.
EN SUELOS FRICCIONANTES. Por ejemplo arenas. La falla en este caso es traslacional o plana.
Falla de un talud friccionante. Obsérvese la geometría plana de la superficie de falla.
EN SUELOS COHESIVOS . Por ejemplo arcillas. La falla es rotacional y su geometría tiende a ser circular. El factor de seguridad FS está dado por el cociente entre el momento resistente MR de las fuerzas resistentes FR y el momento actuante MA de las fuerzas actuantes FA
Falla de un talud cohesivo. Obsérvese la de la superficie de falla
tendencia circular
TALUDES CON PROBLEMAS ESPECIALES.- Existen diferentes tipos de terreno que presentan problemas especiales o inusuales de estabilidad de taludes naturales o excavaciones:
Arcillas Duras Fisuradas y Lutitas: La resistencia cortante de muchos de estos materiales puede reducirse considerablemente si han estado sujetos a desplazamientos que son mayores que los desplazamientos correspondientes a la resistencia máxima (pico). Existe evidencia que en e ste tipo de suelo, las fallas de los taludes pueden ser de l tipo progresivo y que en un período largo la resistencia al cortante se puede r educir al valor residual. Sin embargo, en algunos casos los t aludes en este tipo de terreno pueden permanecer por muchos años a ángulos que son más altos de los que corresponderían a la movilización de solamente la resistencia residual. La experiencia y práctica local es la mejor guía para el diseño apropiado en este tipo de suelos.
Loess: Debido a que este tipo de depósito contiene canales interconectados formados por raíces de plantas deterioradas, tiene una alta permeabilidad en la dirección vertical. A menos que se prevenga la infiltración vertical, el agua que discurre hacia abajo a través del suelo puede destruir las uniones pobremente cementadas entre partículas, causando erosión rápida y falla del t alud. Taludes en este suelo son más estables cuando son cort es verticales para prevenir las infiltraciones. Se utilizan banquetas a intervalos para reducir el ángulo efectivo del talud. Las superficies horizontales en las banquetas en la parte superior e inferior del talud deben ser pavimentadas o con plantas para prevenir la infiltración. La experiencia y práctica local son la mejor guía para el espaciamiento de las banquetas y para la protección de dichos taludes contra la infiltración y la erosión.
Suelos Residuales: Dependiendo del tipo de roca y las c ondiciones climáticas, los suelos residuales pueden presentar problemas especiales de estabilidad de taludes y ero sión.Estos suelos pueden contener características estructurales de la roca madre o del proceso de meteorización; sus características pueden variar significativamente en distancias muy cortas. Bajo dichas condiciones,
la determinación de parámetros de resistencia al cortante en el laboratorio puede ser muy dificultosa. En estas condiciones, es preferible determinar parámetros de resistencia más representativos, basados en análisis de fallas tipo postmortem, o el utilizar diseños empíricos sin análisis, basados en experiencia local.
Arcillas Altamente Sensibles: Algunas arcillas marinas exhiben una pérdida dramática de resistencia al ser alteradas, pudiendo fluir al estar completamente remoldeadas. Debido al efecto de perturbación durante el muestreado, puede re sultar difícil el determinar su resistencia cortante representativa en ensayos de laboratorio. La experiencia local es la mejor guía de la confiabilidad de los resultados de la resistencia cortante de laboratorio en dichas arcillas.
Obteniendo los parámetros de resistencia cortante del co nglomerado, como el ángulo de fricción(φ) y la cohesión
MÉTODOS CORRECTIVOS PARA FALLAS EN LADERAS Y TALUDES Lo que persiguen los métodos correctivos es lo siguiente: 1- Evitar la zona de falla -Cambios en el alineamiento de la vía, sea e l horizontal o el vertical: - Remoción total del material inestable - Construcción de estructuras que se apoyen en zonas estables (puentes o viaductos) 2- Reducir Las fuerzas motoras: - Remoción de material en la parte apropiada de la falla. -Subdrenaje para disminuir el efecto de empujes hidrostáticos y el peso de las masas de tierra. 3- Aumentar las fuerzas resistentes: - Subdrenajes, para aumentar la resistencia al esfuerzo cortante del suelo. - Construcción de estructuras de retención - Uso de tratamientos electroquímicos para elevar la resistencia del suelo al deslizamiento donde existe un alto contenido de arcilla.
