Estabilidad de Taludes en Suelos Residuales

1. Las pendientes de los taludes en suelos residuales (excluyendo los suelos de "algodón negro"  - "black cotton” en África) generalmente permanecen estables en ángulos mucho más pronunciados que los de la mayoría de los suelos sedimentarios. Pendientes de 45^o o más empinadas son bastante comunes. Los cortes en arcillas de cenizas volcánicas (alófanas) a menudo se pueden hacer con una pendiente de hasta 60^o y 10 m de altura, sin peligro de deslizamientos. Por ejemplo la "tierra blanca", de El Salvador, se mantiene estable en cortes verticales de decenas de metros.
2. Es poco probable que las fallas de taludes en suelos residuales, especialmente cuando se trata de pendientes pronunciadas, sean fallas circulares profundas. Es más probable que sean relativamente poco profundos, a menudo con superficies de falla ligeramente curvas o casi planas. Sin embargo, el volumen de material involucrado aún puede ser muy grande.
3. El valor de c' generalmente juega un papel importante en el mantenimiento de la estabilidad; esto parece deberse a alguna forma de enlaces débiles entre las partículas.
4. La resistencia residual generalmente está más cerca de la resistencia máxima comparada con en el caso de la mayoría de los suelos sedimentarios, especialmente en arcillas que son alofánicas o haloisiticas.
5. La estabilidad de muchos taludes en suelos residuales depende de la contribución a la resistencia al corte que surge de la zona de presión intersticial negativa por encima del nivel freático.
6. Con algunos (posiblemente la mayoría) de suelos residuales, la presencia de discontinuidades puede ser el factor que gobierne el comportamiento de estabilidad de los taludes.
7. La medida en que la estabilidad de los taludes en suelos residuales puede evaluarse mediante métodos analíticos, es a menudo muy limitada, debido a las incertidumbres en los parámetros de resistencia del suelo y en las condiciones de filtración.
8. Los deslizamientos y derrumbes en áreas de suelos residuales son provocados generalmente por fuertes lluvias, y son el resultado de aumentos temporales en la presión intersticial en el talud. Esta es una diferencia importante con los suelos sedimentarios, donde las capas freáticas tienden a permanecer en una posición de equilibrio permanente que no se ve afectada por el clima.
9. Los terremotos fuertes también pueden ser el desencadenante de deslizamientos o deslizamientos de tierra.
10. La causa real (a diferencia del "desencadenante") de muchos deslizamientos de tierra en suelos residuales es, de hecho, la actividad humana. Las excavaciones en taludes, la colocación de relleno en taludes, la interferencia con el drenaje natural y los patrones de filtración, y la deforestación son factores que conducen a una reducción de la estabilidad y posiblemente a fallas, especialmente en áreas urbanas.

Modos de Falla

Como se mencionó anteriormente, es poco probable que las fallas de taludes en suelos residuales, especialmente cuando se trata de taludes empinados sean fallas circulares profundas.

Es mas probable que sean relativamente poco profundos, con superficies de falla bastante planas. En laderas grandes, con una profunidad limitada de material meteorizado que recubre roca sana, es probable que se trate de deslizamientos predominantemente de traslación.

Además no es raro que en áreas volcánicas el material volcánico se deslice en la interfaz entre los depósitos volcánicos y los suelos sedimentarios subyacentes. La superficie de deslizamiento, en este caso, puede ser bastante lineal de modo que el deslizamiento sea esencialmente un deslizamiento de traslación. Sin embargo, el volumen de material involucrado aún puede ser muy grande.

Figura N. 1 - Modos de falla en suelos residuales

No debe imaginarse que evaluar la estabilidad de taludes naturales es esencialmente un ejercicio analítico. Existen limitaciones importantes en la medidad en que los métodos analíticos se pueden aplicar a los taludes naturales. Puede o no ser una parte importante de la evaluación de la estabilidad de taludes, dependiendo de la naturaleza del talud, en particular si se toma en cuenta: la geología, topografía, condiciones del terreno e historia geológica.

El lugar de los métodos analíticos y no analíticos

Sin embargo, otro métodos no analíticos son siempre una parte esencial de cualquier evaluación de la estabilidad de los taludes naturales. Estos métodos pueden parecer "primitivos" y no teóricamente satisfactorios, pero eso no disminuye su importancia. Incluyen lo siguiente:

1. Inspección visual del talud
2. Evaluación geológica del talud y el área circundante
3. Inspección de fotos aéreas
4. Inspección de taludes esistentes en materiales similares al talud en cuestión

Una inspección visual cuidadosa de los taludes, junto con el conocimiento geológico puede dar una muy buena guía en cuanto a si un determinado talud es estable o no. Taludes como se muestran en la Figura N. 2, indican que se han formando por procesos de erosión superficial, sin movimiento de deslizamiento.

Figura N. 2 - Indicaciones de estabilidad a partir de características superficiales de taludes

Por otro lado, las superficies irregulares sugieren que pueden haber estado involucradas en alguna forma de movimiento de masas o deslizamiento.

La inspección de fotografías aéreas a menudo puede mostrar características de un sitio que no son evidentes en una inspección visual directa. Estas pueden mostrar líneas de escarpe o cambios de vegetación que indiquen antiguos movimientos de masas. La inspección de los cortes existentes en el área de interés puede decirnos dos cosas: cómo se está comportanto el talud de corte y de qué tipo de material está constituido.

Probablemente sea cierto que la mayoría de las evaluaciones de la estabilidad de un talud natural se basan eb un 80% o más en (1) a (4) descritos anteriormente y menos de un 20% en procedimientos analíticos.

Limitaciones de los métodos analíticos

Las limitaciones de aplicar métodos analíticos, a taludes de suelos residuales, surgen de las incertidumbres en los parámetros de resistencia al corte y en las condiciones de inflitración. Con respecto a los parámetros de resistencia, es conveniente dividir los taludes en tres categorías, tal y como:

1. Taludes formados por materiales uniformes y homogéneos.
2. Taludes que contienen distintos planos continuos de debilidad.
3. Taludes de material heterogéneo, pero sin distintos planos de debilidad, como ejemplo en un perfil de meteorización débil o poco profundo.

Taludes formados por materiales uniformes

Con este tipo de taludes, la determinación de factores de seguridad, precisos, mediante el análisis convencional del círculo de deslizamiento parecería ser una expectativa razonable. Sin embargo, persisten incertidumbres que no se pueden eliminar fácilmente. Estas incertidumbres se relacionan, en primer lugar, con la resistencia al corte del suelo y, en segundo lugar, con el estado de infiltración y presión intersticial en el suelo, como se explica a seguir.

Con respecto a la resistencia la corte, se hace notar los siguientes puntos:

• El valor ϕ' generalmente se puede determinar con una precisión razonable utilizando métodos de medición normales, como pruebas de corte o triaxiales.
• El valor de c' suele ser muy significativo (debido a los enlaces débiles entre las partículas) que no puede determinarse fácilmente con el mismo grado grado de fiabilidad que ϕ'. Se necesitan pruebas triaxiales muy cuidadosas a esfuerzos de confinamiento bajos para determinar con precisión c'.
• Es probable que la resistencia residual esté bastante cerca a la resistencia máxima, especialmente en arcillas que contienen alofana o halosita.

Con respecto al patrón de filtración y el estado de presión interstical en el talud, la permeabilidad relativamente alta de la mayoría de los taludes en suelos residuales significa que el estado de filtración cambia contínuamente según las condiciones climáticas.

El patrón de filtración, del peor de los casos, es claramente el que gobierna la estabilidad a largo plazo del talud.

Desafortunadamente no existe una forma confiable de determinar ese patrón, aunque existen algunos métodos que podemos adoptar para adoptar para tratar de estimar el caso pésimo.

Taludes que contienen planos de debilidad distintos y continuos

Es probable que el comportamiento de muchos taludes en suelos residuales esté dominado por la presnecia de discontinuidades aleatroias en forma de planos de debilidad distintos. Es probable que este sea el caso de los suelos que han estado sujetos a deformaciones tectónicas y cortantes, o derivados de rocas sujetas a tal deformación.

La presencia de estas discontinuidades hace que la determinación del modo de falla probable y los valores de los parámetros de resistencia del suelo sean estremadamente difíciles y, por lo tanto, reduce la probabilidad de que los métodos analíticos produzcan resultados confiables. Solo el casos muy específicos es probable que sea posible determinas la ubicación, la orientación y resistencia de las discontinuidades con el grado de confiabilidad necesario para el uso de métodos analíticos.

Figura N. 3 - Posibles patrones de discontinuidad e influencia en la estabilidad de taludes

La excepción a esta observación es la situación en la que las fisuras están orientadas en una dirección particular. Algunos suelos residuales, derivados de suelos sedimentarios, pueden contener planos de debilidad que reflejan capas débiles particulares en el material original. En este caso, puede ser posible determinar los parámetros de resistencia al corte dentro de estas capas débiles y utilizarlos en un análisis de estabilidad razonable tal y como se ilustra en la Figura 3.

Taludes de material heterogéneo, pero sin planos de debilidad diferenciados

La meteorización de rocas ígneas como el granito, por lo general no crea distintos planos de debilidad, por lo que esta es una situación bastante diferente a la descrita anteriormente.

El perfil del suelo consta de zonas de material parcialmente meterorizado que contienen remanente de la roca madre y zonas de material completamente meteorizado (suelo). La determinación de los parámetros de resistencia aplicables al material, en su conjunto, se hace muy difícil, si no imposible, mediante muestreo convencional y pruebas de laboratorio.

Esto no descarta, completamente, el uso de métodos analíticos, ya que aún es posible determinar los parámetros de resistencia a partir de métodos de análisis retrospectivo, aplicados a deslizamientos o taludes existentes. En una sección más adelante se presentan algunos ejemplos. 

Influencia del Clima

La influencia del clima en la estabilidad de un talud de suelos residuales es significativa. Según Wesley (2011), los deslizamientos y deslizamientos en suelos residuales suelen ser desencadenados por períodos de lluvia prolongada o intensa, lo que resulta en aumentos temporales en la presión de poros en el talud. Esta diferencia en el comportamiento entre suelos residuales y arcillas sedimentarias es importante, ya que con arcillas sedimentarias de baja permeabilidad, como la arcilla de Londres, las presiones de poros pueden medirse y asumirse que permanecerán aproximadamente iguales indefinidamente, siempre que no haya cambios significativos en las condiciones externas.

Sin embargo, con suelos residuales, cualquier medición de presión de agua en el suelo solo es válida en el momento en que se realiza y no se puede suponer que sea relevante para estimaciones de estabilidad a largo plazo.

Por lo tanto, para estas estimaciones, es la peor condición de escurrimiento probable en el futuro la que determinará la estabilidad a largo plazo del talud;

Además, se menciona que la influencia del clima y el tiempo es mucho mayor en suelos residuales que en suelos sedimentarios, lo que requiere métodos teóricos para tener en cuenta esta influencia.

En resumen, la influencia del clima en la estabilidad de un talud de suelos residuales se manifiesta a través de los aumentos temporales en la presión de poros debido a la lluvia intensa o prolongada, lo que puede afectar significativamente la estabilidad a corto y largo plazo del talud.

Diseño de Taludes

El diseño de taludes en suelos tropicales residuales presenta desafíos únicos debido a la influencia del clima, la heterogeneidad del suelo y otros factores. En cuanto a la selección del perfil de corte y la conveniencia de hacer banquetas, se deben considerar varios aspectos.

En suelos tropicales residuales, la selección del perfil de corte debe tener en cuenta la estabilidad del talud, la influencia de la presión de poros debido a la lluvia intensa, la heterogeneidad del suelo y la posible presencia de discontinuidades. Además, la presencia de vegetación y la actividad humana en la zona también pueden influir en el diseño del talud.

En cuanto a la conveniencia de hacer banquetas, se debe evaluar cuidadosamente si esta técnica es adecuada para el suelo tropical residual en cuestión. Si bien las banquetas pueden proporcionar estabilidad adicional al talud y facilitar el drenaje, también pueden presentar limitaciones en suelos tropicales residuales.

Por ejemplo, la heterogeneidad del suelo puede hacer que la efectividad de las banquetas sea limitada, ya que la presencia de discontinuidades y variaciones en la resistencia del suelo puede dificultar la creación de banquetas efectivas. Además, la influencia del clima, incluyendo la intensa lluvia y la posibilidad de cambios en la presión de poros, debe ser considerada al evaluar la conveniencia de hacer banquetas en suelos tropicales residuales.

En resumen, el diseño de taludes en suelos tropicales residuales requiere una evaluación cuidadosa de la estabilidad del talud, la heterogeneidad del suelo, la influencia del clima y otros factores. En cuanto a las banquetas, si bien pueden proporcionar estabilidad adicional, es importante considerar las limitaciones asociadas con la heterogeneidad del suelo y la influencia del clima en su efectividad.

Metodos de Análisis Retrospectivo para la estimación de las propiedades geomecánicas de taludes en suelos tropicales

El análisis retrospectivo, también conocido como retroanálisis, es una técnica utilizada para estimar las propiedades geomecánicas de taludes en suelos tropicales. Este enfoque implica el análisis de deslizamientos pasados o fallas en taludes para retroceder y determinar las propiedades del suelo que condujeron a la falla.

A continuación se discuten algunos métodos de análisis retrospectivo utilizados para estimar las propiedades geomecánicas de taludes en suelos tropicales:

1. Análisis de deslizamientos pasados: Este método implica el estudio detallado de deslizamientos pasados en suelos tropicales para identificar las condiciones geotécnicas que condujeron a la falla. Se analizan las características del suelo, la geometría del talud, las condiciones de drenaje, la influencia del clima y otros factores para retroceder y estimar las propiedades geomecánicas del suelo.

2. Back analysis de deslizamientos: El back analysis implica el uso de técnicas de modelado numérico para retroceder y estimar las propiedades geomecánicas del suelo a partir de datos de deslizamientos pasados. Se utilizan modelos de elementos finitos u otros métodos de modelado para simular el comportamiento del talud y ajustar las propiedades del suelo hasta que el modelo reproduzca con precisión el deslizamiento observado.

3. Análisis de registros de instrumentación: En algunos casos, los taludes en suelos tropicales pueden estar instrumentados con dispositivos de monitoreo para medir la presión de poros, la deformación del suelo, la humedad, etc. El análisis de estos registros de instrumentación puede proporcionar información valiosa sobre el comportamiento del suelo y las condiciones que condujeron a deslizamientos pasados, lo que a su vez puede ayudar a estimar las propiedades geomecánicas del suelo.

Estos métodos de análisis retrospectivo son útiles para estimar las propiedades geomecánicas de taludes en suelos tropicales, ya que permiten retroceder y obtener información sobre el comportamiento del suelo en condiciones reales de deslizamiento. Sin embargo, es importante tener en cuenta las limitaciones y la incertidumbre asociadas con estos métodos, especialmente en suelos tropicales donde la heterogeneidad del suelo y la influencia del clima pueden complicar la estimación precisa de las propiedades geomecánicas.

Medidas de Remediación

Para abordar deslizamientos rotacionales y traslacionales en suelos tropicales, se pueden implementar diversas medidas de remediación, incluyendo métodos mecánicos como pilotaje e inyecciones. A continuación se presentan algunas medidas de remediación para deslizamientos rotacionales y traslacionales, así como los métodos mecánicos asociados:

Deslizamientos Rotacionales:

1. Drenaje: La instalación de sistemas de drenaje, como drenes horizontales o verticales, puede ayudar a controlar el exceso de agua en el suelo y reducir la presión de poros, lo que a su vez puede estabilizar el talud y prevenir deslizamientos rotacionales.

2. Mejora del suelo: La estabilización del suelo mediante la adición de materiales como geotextiles, georedes, o la aplicación de técnicas de compactación puede mejorar la resistencia del suelo y reducir la posibilidad de deslizamientos rotacionales.

3. Retiro de sobrecargas: La eliminación de sobrecargas en la parte superior del talud puede reducir la presión sobre el suelo y disminuir el riesgo de deslizamientos rotacionales.

Métodos Mecánicos:

1. Pilotaje: El pilotaje consiste en la instalación de pilotes o micropilotes en el suelo para mejorar la capacidad portante y la estabilidad del talud. Esta técnica puede ser efectiva para estabilizar taludes propensos a deslizamientos rotacionales.

2. Inyecciones: La inyección de materiales estabilizadores, como mortero o resinas, en el suelo puede mejorar sus propiedades geotécnicas y aumentar la resistencia al corte, lo que contribuye a prevenir deslizamientos rotacionales.

Deslizamientos Traslacionales:

1. Anclajes: La instalación de anclajes o bulones en el talud puede proporcionar estabilidad adicional al suelo, especialmente en deslizamientos traslacionales donde se requiere resistencia lateral.

2. Muros de contención: La construcción de muros de contención, como muros de gravedad, muros de mampostería reforzada o muros de suelo reforzado, puede ayudar a contener y estabilizar taludes propensos a deslizamientos traslacionales.

3. Sistemas de drenaje: Al igual que en deslizamientos rotacionales, la implementación de sistemas de drenaje es crucial para controlar la presión de poros y prevenir deslizamientos traslacionales.

Es importante destacar que la selección de medidas de remediación y métodos mecánicos debe basarse en una evaluación detallada de las condiciones del sitio, incluyendo la geología, la hidrología, la geometría del talud y otros factores relevantes.

 

Además, es recomendable contar con la asesoría de ingenieros geotécnicos especializados para diseñar e implementar las medidas de remediación más adecuadas para cada situación específica.

 

Si necesita ayuda, en un proyecto de estabilización de un talud o remediar un talud que ha fallado, no dude en ponerse en contacto conmigo desde este enlace.