Taludes: Fundamentos, Estabilidad y Mecanismos de Deslizamiento

Entendiendo los Taludes y su Estabilidad

¿Qué es un Talud?

Un talud es una masa de tierra que presenta una pendiente, es decir, no es uniformemente plana. Técnicamente, se considera talud cuando esta inclinación ha sido conformada artificialmente por la acción humana.

Ejemplos de Taludes Artificiales

Se pueden agrupar en diversas categorías, como:

• Terraplenes
• Cortes de laderas naturales
• Muros de contención
• Cortes de camino

Partes Fundamentales de un Talud

Las partes principales que componen un talud son:

• Cabeza o Escarpe: Es el cambio brusco de pendiente situado en la parte superior del talud.
• Pie: Corresponde a la parte inferior del talud, generalmente de forma cóncava.
• Altura (H): Es la distancia vertical medida entre el pie y la cabeza del talud.
• Altura del Nivel Freático (h_nf): Es la distancia vertical desde el pie del talud hasta el nivel del agua subterránea.
• Pendiente: Es la medida de la inclinación del talud, expresada comúnmente en grados (°) o en porcentaje (%).

Parámetros Clave en el Estudio de Deslizamientos

Para el estudio de los deslizamientos, se consideran diversos parámetros, entre los que destacan los parámetros geotécnicos.

Parámetros Geotécnicos

Estos parámetros son cruciales para entender el comportamiento del suelo y las rocas:

• Resistencia al Corte: Fundamental para la modelación física del fenómeno de deslizamiento. Los parámetros principales que se toman en cuenta para determinarla son:
  • Ángulo de Fricción Interna (φ): Representa la fricción entre las partículas del suelo.
  • Cohesión (c): Indica la capacidad del suelo para resistir fuerzas de tracción o corte debido a la atracción entre sus partículas.

  Estos dos parámetros (ángulo de fricción y cohesión) son determinantes para calcular el factor de seguridad del talud frente a un deslizamiento.

• Permeabilidad: Es la capacidad del suelo para permitir el flujo de agua a través de sus vacíos. Una alta permeabilidad puede influir en la presión de poros y, por ende, en la estabilidad. Mide la resistencia interna de los materiales al paso del agua.
• Expansividad: Característica de algunos suelos, especialmente los arcillosos, que experimentan cambios de volumen significativos con las variaciones de humedad, pudiendo generar el colapso de estructuras cimentadas sobre ellos.

Factor de Seguridad (FS)

El Factor de Seguridad (FS) se define como la relación entre el conjunto de los esfuerzos resistentes o estabilizadores y los esfuerzos desestabilizadores que tienden a provocar la rotura del talud. Un valor de FS mayor indica un menor riesgo de deslizamiento (a mayor FS, menor riesgo).

Mejora de la Estabilidad con Pernos de Anclaje

En situaciones de remociones en masa traslacionales, el factor de seguridad puede ser bajo. En estos casos, se puede mejorar la estabilidad mediante la colocación de pernos de anclaje, los cuales consiguen aumentar el valor del FS. El anclaje realiza dos acciones principales:

1. Oponerse directamente a las fuerzas que provocan el deslizamiento.
2. Su componente vertical incrementa la fuerza normal sobre la superficie de falla, aumentando así la resistencia al corte de la discontinuidad.

Para una efectividad óptima, el perno debe instalarse de forma oblicua con respecto a la discontinuidad.

Deslizamientos en Cuña

Los deslizamientos en cuña son un tipo específico de movimiento de masa.

Definición de Cuñas

Una cuña es un bloque de material rocoso o de suelo delimitado por dos (o más) discontinuidades (planos estructurales, como fallas o diaclasas) que se intersecan.

Condiciones para la Falla por Cuña

Para que ocurra una falla por cuña, se deben cumplir ciertas condiciones:

Condiciones Cinemáticas

La dirección de deslizamiento de la cuña coincide con la línea de intersección de las dos familias de discontinuidades que la forman. Además, esta línea de intersección debe tener una inclinación menor que la del talud para que el movimiento sea posible hacia afuera del mismo.

Condiciones Geométricas

Si se representa una sección vertical del talud a lo largo de la línea de intersección de los dos planos sobre los que desliza la cuña, la condición geométrica que hace posible el deslizamiento implica varios factores:

• Deben existir al menos dos planos de discontinuidad que se intersequen formando la cuña.
• El azimut (dirección horizontal) de la línea de intersección de estos planos debe ser tal que permita el deslizamiento hacia afuera del talud (generalmente, menor que el manteo o inclinación del talud).
• La inclinación de la línea de intersección debe ser mayor que el ángulo de fricción medio de las superficies de discontinuidad.
• La línea de intersección debe aflorar en la cara del talud, es decir, debe "salir" por la superficie del talud.
• Debe existir una diferencia angular crítica entre las direcciones de manteo de la línea de intersección y del talud.

Factor de Seguridad en Deslizamientos de Cuña

El cálculo del Factor de Seguridad (FS) para deslizamientos en cuña es más complejo que para deslizamientos planares, ya que debe interpretarse en un espacio tridimensional (3D) en lugar de bidimensional (2D).

Cálculo de Estabilidad para Roturas Tipo Cuña Sencillas

El cálculo de la estabilidad para roturas tipo cuña sencillas se basa en una serie de asunciones simplificadoras:

• La cuña no presenta grietas de tracción en su parte superior.
• Los dos planos de discontinuidad que forman la cuña tienen el mismo ángulo de fricción.
• La cohesión a lo largo de los planos de discontinuidad es nula (c=0).
• No existen presiones intersticiales (presión de agua en los poros o fisuras).
• No se considera el efecto de cargas sísmicas.