Mitigación de deslizamientos de tierra

Las medidas de refuerzo generalmente introducen elementos metálicos que aumentan la resistencia al corte de la roca y reducen la liberación de tensión que se produce al cortarla. Estas medidas se componen de clavos o anclajes metálicos para roca. El anclaje sometido a pretensado se clasifica como anclaje activo. El anclaje pasivo no se somete a pretensado y puede utilizarse tanto para fijar bloques inestables individuales como para reforzar grandes porciones de roca. ^{[ 1 ]}

El anclaje también puede utilizarse como refuerzo previo en un talud para limitar la descompresión de la ladera asociada con el corte. Las partes de un anclaje incluyen:

• El cabezal: el conjunto de elementos ( placa de anclaje , dispositivo de bloqueo, etc.) que transmiten la fuerza de tracción del anclaje a la estructura anclada o a la roca.
• el refuerzo: parte del anclaje, hormigonado o no, sometido a tracción; puede estar constituido por una varilla metálica, un cable metálico, un cordón, etc.
• la longitud de la cimentación: la parte más profunda del anclaje, fijada a la roca mediante enlaces químicos o dispositivos mecánicos, que transfieren la carga a la propia roca.
• la longitud libre: la longitud no concretada.

Cuando el anclaje actúa sobre una longitud corta, se define como un perno que no está conectado estructuralmente a la longitud libre, formado por un elemento resistente a la tracción (normalmente una barra de acero de menos de 12 m protegida contra la corrosión por una vaina de hormigón).

El dispositivo de anclaje puede conectarse al suelo mediante medios químicos, expansión mecánica o hormigonado. En el primer caso, se colocan cartuchos de resina de poliéster en una perforación para rellenar el espacio anular alrededor del extremo del perno. La principal ventaja de este tipo de anclaje reside en su simplicidad y rapidez de instalación. ^{[ 1 ]} La principal desventaja radica en su resistencia limitada.

En el segundo caso, el anclaje se compone de cuñas de acero insertadas en las paredes del orificio. La ventaja de este tipo de anclaje radica en la rapidez de instalación y en que el tensado se puede lograr de inmediato. La principal desventaja es que solo se puede utilizar en roca dura y la fuerza de tracción máxima es limitada.

En el tercer caso, el anclaje se logra hormigonando toda la barra metálica. Este es el método más utilizado, ya que los materiales son económicos y la instalación es sencilla.

Las mezclas de hormigón inyectado pueden utilizarse en diversos tipos de roca y terreno, y la vaina de hormigón protege la barra de la corrosión. La mezcla de hormigón generalmente se compone de agua y cemento en una proporción A / C = 0,40-0,45, lo que produce una mezcla suficientemente fluida para permitir el bombeo al orificio, a la vez que proporciona una alta resistencia mecánica una vez fraguada. ^{[ 1 ]}

En lo que respecta al mecanismo de funcionamiento de un clavo de roca, las tensiones de la roca inducen en el clavo un estado de tensión compuesto por esfuerzos cortantes y de tracción, debido a la rugosidad de las juntas, a su apertura y a la dirección del clavo, generalmente no ortogonal a la propia junta. Las fases de ejecución de la instalación del clavo contemplan:

• formación de cualquier nicho de cabecera y perforación
• Instalación de una barra de refuerzo (por ejemplo, una barra FeB44k de 4 a 6 m de longitud).
• inyección de hormigón de la barra
• sellado del cabezal o de la parte superior del agujero

El sellado y cementado de cualquier grieta en la roca puede evitar que la presión del agua durante los ciclos de congelación y descongelación provoque una rotura progresiva en el sistema de refuerzo instalado. El procedimiento para ello suele consistir en:

• limpieza y lavado de las grietas;
• enlucido de la grieta;
• predisposición de los tubos de inyección en ejes internos adecuados, paralelos a la fisura, a través de los cuales se inyecta la mezcla de hormigón;
• Inyección secuencial de la mezcla de abajo hacia arriba y a baja presión (1-3 atm) hasta que se produzca una negativa o hasta que no se observe ningún reflujo de la mezcla desde los tubos colocados más arriba.

Las mezclas de inyección tienen aproximadamente la siguiente composición:

cemento 10  kg;

agua 65 l

Aditivo para fluidificación y antiencogimiento o bentonita 1-5 kg.

Este tipo de medida se utiliza en aquellos casos en que la pared rocosa es sólida y estable debajo del material que se va a remover. Algunos ejemplos son el material inestable en la cima de la ladera, los bloques de roca que sobresalen del perfil de la ladera, la vegetación que puede ensanchar las juntas de la roca y los bloques de roca aislados de las juntas.

Las medidas de desprendimiento se llevan a cabo cuando existen riesgos debido a la infraestructura o al paso de personas al pie de la ladera. Este tipo de medida puede solucionar el problema eliminando el peligro. Sin embargo, debe garantizarse que, una vez realizada la medida, el problema no reaparezca a corto plazo. De hecho, en zonas con rocas muy agrietadas, las partes menos profundas pueden sufrir incoherencia mecánica, a veces favorecida por condiciones climáticas extremas, lo que provoca el aislamiento de bloques inestables.

La medida puede efectuarse de diversas maneras, desde la demolición con picos hasta el uso de explosivos. En el caso de paredes altas o de difícil acceso, es necesario recurrir a especialistas que trabajen de forma acrobática.

Cuando se utilizan explosivos, en ocasiones la demolición controlada puede minimizar o anular los efectos no deseados derivados de la explosión de las cargas, salvaguardando así la integridad de la roca circundante.

La demolición controlada se basa en la perforación de agujeros a corta distancia entre sí y paralelos al talud que se va a demoler. El diámetro de los agujeros suele variar entre 40 y 80  mm; la distancia entre ellos suele ser de entre 10 y 12 veces su diámetro. Los tiempos de detonación se establecen de forma que los detonadores de los bordes exteriores exploten primero y los interiores sucesivamente, delimitando así la zona de la operación.

La operación de remodelación de una pendiente con el objetivo de mejorar su estabilidad se puede lograr mediante:

• Disminuir el ángulo de la pendiente, o
• Colocación del material de relleno al pie de la pendiente.

La inclinación de las pendientes puede reducirse excavando la base del talud, generalmente de forma escalonada. Este método es eficaz para corregir inestabilidades superficiales, donde el movimiento se limita a las capas de terreno cercanas a la superficie y cuando las pendientes superan los 5 metros. Los escalones creados mediante este método también pueden reducir la erosión superficial. Sin embargo, es necesario tener precaución para evitar la aparición de desprendimientos locales tras las excavaciones.

Por el contrario, el relleno al pie de la pendiente tiene un efecto estabilizador en un deslizamiento de tierra traslacional o rotacional profundo, en el que la superficie superior del deslizamiento se sumerge y forma una superficie subvertical que reaparece al pie de la pendiente. El proceso de relleno al pie de la pendiente puede incluir la construcción de bermas, estructuras gravitacionales como gaviones o suelo reforzado (por ejemplo, bloques de hormigón).

La elección entre reducir la pendiente o rellenar la base suele estar condicionada por limitaciones específicas de la ubicación, ya sea en la parte superior o inferior de la pendiente. En casos de estabilización de taludes sin limitaciones (generalmente taludes naturales), se adopta una combinación de reducción de pendiente y relleno en la base para evitar realizar trabajos pesados ​​de un solo tipo. En el caso de taludes naturales, la elección del esquema de remodelación no es tan sencilla como en el caso de taludes artificiales. El perfil natural suele ser muy irregular, con grandes áreas de reptación natural, por lo que su desarrollo superficial puede hacer que algunas zonas no sean aptas para cortes o rellenos. Cuando las formas enterradas de deslizamientos antiguos son complejas, depositar material de relleno en una zona puede desencadenar un nuevo deslizamiento.

Al planificar este tipo de trabajo, debe tenerse en cuenta el efecto escalonado de los cortes y el relleno: su influencia beneficiosa en el aumento del factor de seguridad se reducirá en función del tamaño del deslizamiento en estudio. Es fundamental asegurar que ni los cortes ni el relleno movilicen planos de reptación existentes o potenciales. Generalmente, el relleno al pie del deslizamiento es más económico que el corte en la parte superior. Además, en deslizamientos complejos y compuestos, el relleno al pie de la pendiente, en la punta misma del pie, tiene menor probabilidad de interferir con la interacción de los elementos individuales del deslizamiento.

Un aspecto importante de los trabajos de estabilización que modifica la morfología de la pendiente es que los cortes y el relleno generan tensiones de carga y descarga no drenadas. En el caso de la colocación de relleno, el factor de seguridad (FS) será menor a corto plazo que a largo plazo. En el caso de un corte en la pendiente, el FS será menor a largo plazo que a corto plazo. Por lo tanto, en ambos casos, el FS debe calcularse tanto a corto como a largo plazo.

Finalmente, la efectividad del relleno aumenta con el tiempo siempre que se asocie a un sistema de drenaje adecuado, logrado mediante una cubierta de drenaje subyacente o un drenaje superficial apropiado. En términos más generales, los sistemas de remodelación se asocian e integran con la protección superficial de la pendiente contra la erosión y con la regulación de las aguas meteóricas a través de sistemas de drenaje compuestos por zanjas y pequeños canales (revestidos o sin revestir y prefabricados) para evacuar el agua recogida. Estos sistemas de regulación superficial del agua se diseñan modelando el terreno alrededor del cuerpo del deslizamiento. Estas disposiciones tienen como objetivo evitar la penetración del cuerpo del deslizamiento por el agua circulante o en cualquier grieta o fisura, lo que disminuiría aún más la resistencia al corte del suelo.

El agua cerca de la superficie de la ladera puede provocar la erosión del material superficial debido a la escorrentía. Este proceso tiende a debilitar la pendiente al eliminar material y generar presiones intersticiales excesivas debido al flujo del agua.

Para la protección contra la erosión, se pueden utilizar diversas soluciones. Las siguientes medidas comparten el carácter superficial de su instalación y un bajo impacto ambiental:

• Las geomallas son biomallas o bioredes antierosión, productos sintéticos diseñados específicamente para la protección y el revegetación de taludes expuestos a la erosión superficial. Las geomallas proporcionan dos mecanismos principales de control de la erosión: contención y refuerzo de la superficie del terreno; y protección contra el impacto de las gotas de lluvia.
• Geomallas fabricadas con materiales geosintéticos.
• La malla de alambre de acero puede utilizarse para la estabilización de taludes de suelo y roca. Tras la nivelación, la superficie se cubre con una malla de alambre de acero, que se fija al talud y se tensa. Se trata de una solución rentable.
• Esteras de mimbre o maleza hechas de material vegetal. Se pueden usar ramas de sauce muy largas y flexibles, que luego se cubren con tierra de relleno. Se utilizan estacas alternas de diferentes especies leñosas, que se entrelazan para formar una barrera que impida la erosión del material superficial causada por el agua.
• Los geotextiles de fibra de coco se utilizan a nivel mundial en aplicaciones de bioingeniería y estabilización de taludes debido a la resistencia mecánica necesaria para mantener el suelo unido. Estos geotextiles tienen una vida útil de 3 a 5 años, dependiendo de su peso, y a medida que se degradan, se transforman en humus, que enriquece el suelo.

El drenaje superficial se facilita mediante zanjas. Las zanjas de drenaje tradicionales se excavan en una longitud continua y se rellenan con un material granular de alta permeabilidad y buena capacidad de drenaje.

Las zanjas de drenaje poco profundas también pueden equiparse con geocompuestos . Los laterales de las zanjas, con sus bordes escarpados, se cubren con paneles de geocompuesto. En el fondo de las zanjas se encuentra un tubo de drenaje integrado a la lona de geocompuesto.

El drenaje profundo modifica las vías de filtración en el suelo. Si bien suele ser más costoso que los drenajes superficiales, los drenajes profundos generalmente son más efectivos porque eliminan directamente el agua que provoca inestabilidad en la ladera. El drenaje profundo en taludes se puede lograr de varias maneras:

Los tipos de refuerzo mecánico incluyen:

• Pozos de gran diámetro sostenidos por una o más bóvedas de columnas de tierra consolidada y posiblemente reforzada .
• Anclas
• Redes de micropilotes
• Anclaje de suelos
• Geomallas para suelo reforzado
• Caras celulares

Para garantizar la estabilidad de la pendiente, puede ser necesario insertar elementos muy rígidos y resistentes. Estos elementos son pozos de hormigón armado de gran diámetro, de sección completa o anular, con secciones transversales circulares o elípticas. La profundidad de los pozos estáticos puede alcanzar los 30-40 m. A menudo, la acción estabilizadora estática de los pozos se complementa con una serie de microdrenajes dispuestos radialmente en varios niveles, reduciendo así las presiones intersticiales.

La estabilización de una pendiente inestable también puede lograrse mediante la aplicación de fuerzas activas al terreno inestable. Estas fuerzas aumentan la tensión normal y, por lo tanto, la resistencia a la fricción a lo largo de la superficie de deslizamiento. Para ello, se pueden utilizar anclajes , unidos entre sí en la superficie mediante una estructura de vigas, generalmente de hormigón armado. Los anclajes se fijan en un punto de estabilidad conocida. Suelen instalarse con ejes ortogonales a la superficie de la pendiente y, por consiguiente, inicialmente, aproximadamente ortogonales a la superficie de deslizamiento.

En ocasiones, se presentan problemas de anclaje, como en el caso de suelos limo-arcillosos. Cuando hay agua o los anclajes están incrustados en una subcapa arcillosa, es fundamental verificar su adherencia al terreno. Asimismo, se debe proteger la superficie delimitada por la estructura de vigas mediante geotextiles para evitar la erosión del suelo subyacente.

Esta solución requiere la instalación de una serie de micropilotes que conforman una cuadrícula tridimensional, con inclinación variable y unidos en la cabeza por una mortaja rígida de hormigón armado. Esta estructura constituye un refuerzo para el terreno, lo que induce una mejora intrínseca de las características del suelo incorporadas en los micropilotes. Este tipo de medida se utiliza en casos de deslizamientos de tierra de menor magnitud.

La eficacia de los micropilotes está ligada a su inserción a lo largo de toda la zona de deslizamiento. En el caso de deslizamientos rotacionales en arcilla blanda, los pilotes contribuyen a aumentar el momento resistente mediante la fricción en la parte superior del fuste, que se encuentra en el deslizamiento. En el caso de pilotes suspendidos, la resistencia viene determinada por la parte del pilote que ofrece menor resistencia. En la práctica, los pilotes ubicados en la zona más inestable de la pendiente se colocan primero para minimizar cualquier posible desplazamiento lateral del terreno.

Los métodos de diseño preliminar para los micropilotes se confían a códigos informáticos que realizan simulaciones numéricas, pero que están sujetos a simplificaciones en los modelos que requieren caracterizaciones bastante precisas del material potencial de deslizamiento de tierra.

La técnica de anclaje de suelos, aplicada para estabilizar temporal o permanentemente taludes naturales y escarpes artificiales, se basa en un principio fundamental de la ingeniería de la construcción: movilizar las características mecánicas intrínsecas del terreno, como la cohesión y el ángulo de fricción interna, para que este colabore activamente en la estabilización. El anclaje, al igual que los anclajes convencionales, induce tensiones normales, aumentando así la fricción y la estabilidad en la ladera.

Un método de anclaje es el anclaje difuso de respuesta rápida (CLOUJET), donde los clavos se incrustan en el terreno mediante un bulbo expandido obtenido al inyectar mortero a alta presión en la zona de anclaje. El drenaje es fundamental en el método CLOUJET, ya que el régimen hidráulico, considerado como la presión de poros aplicada normalmente a las superficies fracturadas, influye directamente en las características del sistema. El agua drenada, tanto a través de la estructura como mediante tuberías empotradas en el terreno, se acumula al pie de la pendiente en un colector instalado paralelamente a la dirección de la cara.

Otro sistema de anclaje es la tecnología de anclajes de suelo y raíces (SNART). En este sistema, se insertan clavos de acero de forma muy rápida en una pendiente mediante percusión, vibración o tornillos. El espaciado de la cuadrícula suele ser de 0,8 a 1,5 m, los clavos tienen  un diámetro de 25 a 50 mm y pueden alcanzar los 20 m de longitud. Los clavos se instalan perpendicularmente al plano de falla y lo atraviesan, y están diseñados para resistir la flexión y el corte (en lugar de la tensión) según los principios de la ingeniería geotécnica . Las superficies de falla potenciales de menos de 2 m de profundidad normalmente requieren que los clavos sean más anchos cerca de la superficie, lo que se puede lograr con placas de acero fijadas a las cabezas de los clavos. Las raíces de las plantas suelen formar un revestimiento eficaz y estético para evitar la pérdida de suelo entre los clavos.

Las geomallas son materiales sintéticos que se utilizan para reforzar el terreno. La inserción de refuerzos geosintéticos (generalmente en la dirección en la que se ha producido la deformación) tiene la función de conferir mayor rigidez y estabilidad al terreno, aumentando su capacidad para soportar mayores deformaciones sin fracturarse.

Las caras celulares, también conocidas como «caras de cuna», son muros de carga especiales formados por rejillas prefabricadas de hormigón armado o madera (tratada con conservantes). Las rejillas tienen una longitud de entre 1 y 2  metros, y el muro puede alcanzar los 5 metros de altura. En los espacios de la rejilla se inserta material granular compactado . La modularidad del sistema confiere una notable flexibilidad de uso, tanto por su adaptabilidad a la morfología del terreno como porque la estructura no requiere una cimentación profunda, salvo una capa de hormigón ligero que uniformiza la base de apoyo de toda la estructura. Se puede plantar vegetación en los espacios de la rejilla, camuflando así la estructura.