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TALUDES Y CONTENCIONES

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Estabilidad de taludes: factores que influyen y tipos de rotura

INTRODUCCIÓN

Al momento de realizar una obra en terrenos con elevaciones y pendientes, es necesario la adecuación del terreno y una excavación de taludes. Estos se diseñan con el propósito de ser estables y, según el periodo de tiempo en que se proyecta que mantengan esta propiedad, se clasifican en:

  • Permanentes: cuando se diseñan para que sean estables por un largo período de tiempo. Se suele emplear en carreteras, canales y conducciones.
  • Temporales: cuando se proyecta que en un corto plazo de tiempo esta estructura ya no será de utilidad. Estos taludes se suelen realizar en minería donde, tras la extracción del mineral, la excavación se abandona.

El estudio de los taludes está dirigido a:

  • Diseño de taludes: dependiendo de las condiciones que se requieren.
  • Estabilización de taludes inestables.

El análisis de la estabilidad permite diseñar los taludes mediante el cálculo de su factor de seguridad (FS) y, en base a esto, se define el tipo de medidas estabilizadoras o correctoras. Este factor se calcula teniendo en cuenta las fuerzas cortantes resistentes (Sr) y las fuerzas cortantes movilizantes (Sm) a lo largo de una falla, respondiendo a la fórmula:

FS = ΣSr / ΣSm

Para poder analizar e interpretar los mecanismos y modelos de deformación y rotura, así como el comportamiento de los materiales, se parte del conocimiento geológico, hidrogeológico y geomecánico del suelo o macizo rocoso. Además, es necesario realizar una evaluación de los factores externos que actúan sobre el terreno. 

Hace unos años, los cálculos se realizaban a mano o con plantillas y ábacos. Hoy en día se utilizan potentes softwares de estabilidad de taludes aunque siguen siendo muy útiles formulaciones simplificadas para cálculos de estabilidad de talud en prediseños o de taludes de reducida entidad.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD

Factores condicionantes estabilidad talud

Los factores condicionantes o pasivos son intrínsecos de los materiales naturales, incluyendo características geológicas, hidrogeológicas y geotécnicas. Estas últimas hacen referencia a la resistencia y deformabilidad. Los factores geológicos condicionan la presencia de planos, zonas de debilidad y anisotropía en el talud. Por último, la hidrogeología indica la presencia de agua. 

Para el caso de los suelos, la estratigrafía, litología y condiciones hidrogeológicas son determinantes al momento de definir el comportamiento del talud y su resistencia.

Por su parte, los macizos rocosos están condicionados por la estructura geológica, las características de las superficies de discontinuidad y el grado de fracturación. También se consideran la litología y el grado de alteración.

Factores desencadenantes estabilidad talud

Los factores desencadenantes o activos son componentes externos que actúan sobre el macizo rocoso o suelo, cambiando las propiedades y características del talud. Esto genera que se modifiquen las condiciones de equilibrio y, junto con los factores condicionantes, llevan a que se produzca la rotura del talud.

TIPOS DE ROTURA

Taludes en suelos

Los taludes en suelos se rompen generalmente a favor de superficies curvas, condicionados por la morfología y estratigrafía del talud:

  • Rotura plana: se genera en laderas naturales con recubrimientos de suelos sobre rocas o en taludes rocosos con discontinuidades paralelas al talud. Son prácticamente inexistentes.
  • Rotura circular al pie: ocurre cuando el terreno es homogéneo o sus propiedades geotécnicas lo son. La forma del talud es aproximadamente circular, con su extremo inferior en el pie del talud. Es la forma más frecuente de rotura del talud.
  • Rotura circular profunda: se da un deslizamiento profundo, con una forma casi circular, pero en este caso pasa por debajo del pie del talud.
  • Rotura según una poligonal: cuando existen estratos o capas de diferente competencia. Es una rotura a favor de una superficie poligonal formada por varios tramos de planos.

Taludes en macizos rocosos

Los tipos de roturas en rocas están condicionados por el grado de fracturación del macizo rocoso y por la orientación y distribución de las discontinuidades con respecto al talud. Los modelos de rotura más frecuentes son:

  • Rotura plana por un plano paralelo a la cara del talud, por erosión o perdida de resistencia del pie, con o sin grieta de tracción.
  • Rotura en cuña: suele ocurrir cuando los macizos rocosos presentan varias familias de discontinuidades, y su continuidad, orientación y espaciado condicionan la forma y volumen de la cuña. El bloque en forma de cuña tiene dos planos de discontinuidad a favor de la línea de intersección y deben aflorar en la superficie del talud.
  • Vuelco de estratos: se da cuando los estratos en los macizos rocosos tienen una dirección paralela o subparalela a la del talud y su buzamiento es contrario a la inclinación del mismo. Ocurre un movimiento de rotación de los bloques. Los estratos suelen aparecer fracturados en bloques, a favor de sistemas de discontinuidades perpendiculares entre sí.
  • Rotura en pandeo: se produce a favor de planos de estratificación paralelos al talud, con buzamientos mayores al ángulo de rozamiento interno. Los estratos deben ser esbeltos en relación con la altura del talud para poder pandear.
  • Rotura curva: se genera en macizos rocosos más o menos homogéneos que se comportan como suelos. Pueden ser macizos de materiales blandos y poco resistentes, o macizos muy alterados o fracturados. Estos últimos deben presentar un comportamiento isótropo, y su comportamiento mecánico no estar controlado por planos de discontinuidad.

Las causas que generan este tipo de rotura son:

  • Altura excesiva del talud.
  • Fuerzas externas aplicadas a estratos.
  • Geometría de estratos desfavorable.
  • Presiones de agua sobre estratos.
  • Tensiones concentradas de forma desfavorable.

MEDIDAS DE ESTABILIZACIÓN TALUDES

Las medidas estabilizadoras de taludes se deben adoptar cuando un talud ha sufrido rotura o deformaciones que impliquen un riesgo de inestabilidad. También son necesarias cuando se precisa excavar un talud que tenga un mayor ángulo del correspondiente por la resistencia del material.

Las medidas estabilizadoras pueden consistir en:

  • Modificación de la geometría.
  • Elementos estructurales resistentes.
  • Muros y elementos de contención.
  • Medidas de protección superficial.