Estabilidad de taludes

La estabilidad de taludes se refiere a la capacidad de las pendientes de suelo o roca para resistir o experimentar movimientos ; la condición opuesta se denomina inestabilidad o falla de taludes . La estabilidad de los taludes es objeto de estudio e investigación en mecánica de suelos , ingeniería geotécnica y geología de la ingeniería . Los análisis suelen estar dirigidos a comprender las causas de una falla de talud o los factores que pueden desencadenar un movimiento de talud, provocando un deslizamiento de tierra , así como a prevenir dicho movimiento, ralentizarlo o detenerlo mediante medidas de mitigación .

La estabilidad de una pendiente se controla esencialmente mediante la relación entre la resistencia al corte disponible y la tensión de corte actuante , la cual puede expresarse en términos de un factor de seguridad si estas cantidades se integran sobre una superficie de deslizamiento potencial (o real). Una pendiente puede ser globalmente estable si el factor de seguridad, calculado a lo largo de cualquier superficie de deslizamiento potencial que se extienda desde la parte superior de la pendiente hasta su pie, es siempre mayor que 1. El valor más pequeño del factor de seguridad se considerará representativo de la condición de estabilidad global de la pendiente. De manera similar, una pendiente puede ser localmente estable si se calcula un factor de seguridad mayor que 1 a lo largo de cualquier superficie de deslizamiento potencial que atraviese una porción limitada de la pendiente (por ejemplo, solo en su pie). Los valores de los factores de seguridad globales o locales cercanos a 1 (generalmente comprendidos entre 1 y 1,3, según la normativa) indican pendientes marginalmente estables que requieren atención, monitoreo y/o una intervención de ingeniería ( estabilización de la pendiente ) para aumentar el factor de seguridad y reducir la probabilidad de un movimiento de la pendiente.

Una pendiente previamente estable puede verse afectada por diversos factores o procesos predisponentes que reducen su estabilidad, ya sea aumentando la tensión cortante o disminuyendo la resistencia al corte, lo que en última instancia puede provocar un deslizamiento de la pendiente. Entre los factores que pueden desencadenar un deslizamiento de la pendiente se incluyen eventos hidrológicos (como lluvias intensas o prolongadas, deshielo rápido, saturación progresiva del suelo, aumento de la presión del agua dentro de la pendiente), terremotos (incluidas las réplicas ), erosión interna (tubería), erosión superficial o en la base, carga artificial de la pendiente (por ejemplo, debido a la construcción de un edificio), corte de la pendiente (por ejemplo, para hacer espacio para carreteras, vías férreas o edificios) o inundación de la pendiente (por ejemplo, al llenar un lago artificial después de represar un río).

Las laderas de tierra pueden desarrollar una zona de debilidad esférica cortada. La probabilidad de que esto ocurra puede calcularse de antemano utilizando un sencillo paquete de análisis circular en 2D. ^{[ 1 ]} Una dificultad principal del análisis es localizar el plano de deslizamiento más probable para cada situación dada. ^{[ 2 ]} Muchos deslizamientos de tierra solo se han analizado a posteriori. Más recientemente, se ha empleado tecnología de radar de estabilidad de taludes , particularmente en la industria minera, para recopilar datos en tiempo real y ayudar a determinar la probabilidad de falla del talud.

Los deslizamientos reales en suelos mixtos depositados naturalmente no son necesariamente circulares, pero antes de la llegada de las computadoras, era mucho más fácil analizar una geometría tan simplificada. Sin embargo, los deslizamientos en arcilla "pura" pueden ser bastante cercanos a la forma circular. Estos deslizamientos suelen ocurrir después de un período de fuertes lluvias, cuando la presión del agua intersticial en la superficie del deslizamiento aumenta, reduciendo la tensión normal efectiva y, por lo tanto, disminuyendo la fricción de restricción a lo largo de la línea de deslizamiento. Esto se combina con un aumento del peso del suelo debido al agua subterránea añadida. Una grieta de "contracción" (formada durante un período seco previo) en la parte superior del deslizamiento también puede llenarse de agua de lluvia, empujando el deslizamiento hacia adelante. En el otro extremo, los deslizamientos en forma de losa en las laderas pueden eliminar una capa de suelo de la parte superior del lecho rocoso subyacente. Nuevamente, esto generalmente se inicia por fuertes lluvias, a veces combinado con una mayor carga debido a nuevas construcciones o la eliminación del soporte en la base (resultado de la ampliación de carreteras u otras obras de construcción). Por lo tanto, la estabilidad puede mejorarse significativamente mediante la instalación de vías de drenaje para reducir las fuerzas desestabilizadoras. Sin embargo, una vez que se ha producido el deslizamiento, permanece una debilidad a lo largo del círculo de deslizamiento, que puede volver a aparecer en el siguiente monzón.

El ángulo de reposo está relacionado con la resistencia al corte de los materiales geológicos , lo cual es relevante en contextos de construcción e ingeniería . ^{[ 3 ]} Para materiales granulares, el tamaño y la forma de los granos pueden afectar significativamente el ángulo de reposo. A medida que aumenta la redondez de los materiales, el ángulo de reposo disminuye debido a que hay menos fricción entre los granos del suelo. ^{[ 4 ]}

Cuando se excede el ángulo de reposo, pueden producirse movimientos de masa y desprendimientos de rocas . Para muchos ingenieros civiles y geotécnicos, es importante conocer el ángulo de reposo para evitar desastres estructurales y naturales . Por consiguiente, la aplicación de muros de contención puede ayudar a retener el suelo para que no se exceda el ángulo de reposo. ^{[ 5 ]}

El ángulo de reposo y la estabilidad de una pendiente se ven afectados por factores climáticos y no climáticos.

Dado que la estabilidad de una pendiente puede verse afectada por eventos externos como las precipitaciones , una preocupación importante en la ingeniería civil/geotécnica es la estabilización de pendientes.

Aplicación de vegetación

La aplicación de vegetación para aumentar la estabilidad de taludes frente a la erosión y los deslizamientos de tierra es una forma de bioingeniería ampliamente utilizada en zonas donde la profundidad de los deslizamientos es reducida. La vegetación aumenta la estabilidad del talud mecánicamente, reforzando los suelos mediante las raíces de las plantas, que estabilizan la capa superior del suelo. La vegetación también estabiliza el talud mediante procesos hidrológicos , reduciendo el contenido de humedad del suelo a través de la intercepción de la precipitación y la transpiración . Esto da como resultado un suelo más seco y menos susceptible a los movimientos de masa. ^{[ 9 ]}

La estabilidad de las pendientes también puede mejorarse mediante:

• El aplanamiento de las pendientes produce una reducción del peso, lo que hace que la pendiente sea más estable.
• Estabilización del suelo
• Proporcionar soportes laterales mediante pilotes o muros de contención.
• Inyecciones de lechada o cemento en zonas específicas
• La consolidación mediante sobrecarga o electroósmosis aumenta la estabilidad de la pendiente.

Existen diversos sistemas de clasificación y evaluación para el diseño de taludes y para determinar su estabilidad. Estos sistemas se basan en relaciones empíricas entre los parámetros de la masa rocosa y diversos parámetros del talud, como la altura y la inclinación.

El sistema de clasificación de probabilidad de estabilidad de taludes (SSPC) ^{[ 19 ] [ 20 ]} es un sistema de clasificación de macizos rocosos para la ingeniería de taludes y la evaluación de la estabilidad de taludes. El sistema es una clasificación de tres pasos:'exposición','referencia', y'pendiente'Clasificación de macizos rocosos con factores de conversión entre las tres etapas, que dependen de la meteorización existente y futura, así como de los daños ocasionados por la excavación. La estabilidad de una pendiente se expresa como la probabilidad de diferentes mecanismos de falla.

Una masa rocosa se clasifica siguiendo un conjunto estandarizado de criterios en una o más exposiciones ('exposición'clasificación). Estos valores se convierten por exposición a una'referencia'masa rocosa, compensando el grado de meteorización en la exposición y los daños de la excavación. Luego se puede diseñar una nueva pendiente en el'referencia'masa rocosa con compensación anticipando daños adicionales debido a la excavación y la futura meteorización. Si se evalúa la estabilidad de una pendiente existente,'exposición'y'pendiente'Los valores de la masa rocosa son los mismos.

Los mecanismos de falla se dividen en dependientes e independientes de la orientación . Los mecanismos de falla dependientes de la orientación dependen de la orientación de la pendiente con respecto a las discontinuidades en la masa rocosa, es decir, deslizamiento (deslizamiento plano y en cuña) y vuelco. La independencia de la orientación se refiere a la posibilidad de que una pendiente falle independientemente de su orientación, por ejemplo, una falla circular que se produzca completamente a través de discontinuidades recién formadas en bloques de roca intactos, o una falla que siga parcialmente discontinuidades existentes y parcialmente nuevas.

Además, se puede determinar la resistencia al corte a lo largo de una discontinuidad (criterio de deslizamiento) ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] , así como la cohesión y la fricción de la masa rocosa. El sistema se ha utilizado directamente o modificado en diversos entornos geológicos y climáticos a nivel mundial. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} El sistema se ha modificado para la evaluación de la estabilidad de taludes en la minería de carbón a cielo abierto. ^{[ 25 ]}

• Monitoreo de deformaciones
• Muro de contención
• radar de estabilidad de taludes
• Stereonet

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