COLEGIO FEDERADO DE INGENIEROS Y DE ARQUITECTOS
“La Asamblea de Representantes del Colegio Federado de Ingenieros y de
Arquitectos en su sesión extraordinaria Nº 02-14/15-A.E.R. de fecha 28 de julio
de 2015, acordó lo siguiente:
CÓDIGO GEOTÉCNICO DE TALUDES Y LADERAS DE COSTA RICA
Asociación Costarricense de Geotecnia
Comité Técnico del Código de Cimentaciones de Costa Rica
Redacción y Esquema Fundamental
Marcia Cordero Sandí
Marlon Jiménez Jiménez
Gastón Laporte Molina
José Antonio Rodríguez Barquero
José Pablo Rodríguez Calderón
Sergio Sáenz Aguilar
Marco Tapia Balladares
Marco Valverde Mora
Secretario Ejecutivo: Danilo A. Jiménez Ugalde
Revisión
Prof. Ing. Manuel García López
Prof. Ing. Juan Diego Bauzá Castelló
Prof. Ing. Geol. Sergio Mora Castro.
TABLA DE CONTENIDOS
1 Introducción
...............................................................................................................................................
4
1.1
Filosofía...................................................................................................................................................
4
1.2 Objetivo
...................................................................................................................................................
4
1.3 Alcance
...................................................................................................................................................
4
1.4 Premisas
generales .............................................................................................................................
5
1.5 Términos y
definiciones
......................................................................................................................
5
2 Criterios de
diseño ...................................................................................................................................
6
2.1 Definición del nivel
de seguridad
......................................................................................................
6
2.2 Factores de
seguridad mínimos para taludes en general
............................................................ 6
2.3 Factores de
seguridad mínimos para taludes de presas pequeñas y diques
.......................... 7
2.4 Valores
aceptables de probabilidad de falla
...................................................................................
8
2.5 Coeficientes seudoestáticos para aplicar durante el análisis de taludes
.................................. 9
2.6 Definición de
condiciones de análisis especial
..............................................................................
10
3 Evaluación
preliminar del talud
............................................................................................................
10
3.1 Estudio de la
información disponible
..............................................................................................
10
3.2 Inspección
inicial de las condiciones del talud o ladera
.............................................................. 10
3.3 Estudios
complementarios
.................................................................................................................
11
3.3.1 Levantamiento
topográfico
..............................................................................................................
11
3.3.2 Reconocimiento
geológico preliminar ..........................................................................................
12
4 Investigaciones
geotécnicas
..................................................................................................................
12
4.1 Generalidades
......................................................................................................................................
12
4.1.1 Planificación
de la investigación
...................................................................................................
12
4.1.2 Alcance de la
investigación
...........................................................................................................
13
4.1.3 Definición de
la complejidad geotécnica del talud
................................................................... 13
4.2 Investigación
geotécnica según la etapa del proyecto
............................................................... 14
4.3 Investigación de
campo
.....................................................................................................................
14
4.4 Investigación de
laboratorio
..............................................................................................................
15
5 Análisis de
Taludes y Laderas
.............................................................................................................
15
5.1 Identificación y
caracterización del proceso de inestabilidad
................................................... 15
5.1.1 Procesos de
inestabilidad en suelos ...........................................................................................
15
5.1.2 Procesos de
inestabilidad en roca
...............................................................................................
16
5.2 Definición del
modelo geotécnico ...................................................................................................
16
5.3 Métodos de
análisis
............................................................................................................................
17
5.3.1 Método de
equilibrio límite en dos dimensiones
....................................................................... 17
5.3.2 Método de
equilibrio límite en tres dimensiones
....................................................................... 18
5.3.3 Métodos
numéricos .........................................................................................................................
18
5.3.4 Método de
análisis cinemático
.....................................................................................................
18
5.3.5 Métodos de
análisis probabilísticos
.............................................................................................
18
5.3.6 Métodos de
análisis para estimar deformaciones durante sismos
....................................... 19
5.3.7 Métodos de
análisis para evaluar la influencia de la licuación en la estabilidad de
taludes y laderas... …………………………………………………………………………………………………..19
5.3.8 Métodos de
análisis para evaluar la influencia de la erosión interna (tubificación)
en la estabilidad de taludes y laderas ………………………………………………………………………..19
5.4 Otros
procedimientos de análisis
...................................................................................................
19
5.4.1 Método de retroanálisis .................................................................................................................
19
5.4.2 Método de
análisis por precedente
............................................................................................
19
5.4.3 Método
observacional ...................................................................................................................
19
5.4.4 Análisis de
flujos y avalanchas
...................................................................................................
19
6 Sistemas de
protección y estabilización de taludes y laderas
..................................................... 19
6.1 Movimiento de
tierra
..........................................................................................................................
20
6.1.1 Inclusión de
bermas
.......................................................................................................................
20
6.1.2 Rellenos al
pie y escolleras
..........................................................................................................
20
6.1.3 Remoción de
material de la corona
............................................................................................
20
6.1.4 Remoción de
bloques inestables ................................................................................................
20
6.2 Drenaje
.................................................................................................................................................
21
6.2.1 Drenaje
superficial ..........................................................................................................................
21
6.2.2 Subdrenaje
.......................................................................................................................................
21
6.2.3 Drenaje
profundo
............................................................................................................................
21
6.3 Muros
....................................................................................................................................................
21
6.3.1 Muros rígidos
....................................................................................................................................
22
6.3.2 Muros
flexibles ..................................................................................................................................
22
6.3.3 Muros de suelo
reforzado
...............................................................................................................
22
6.4 Estructuras
ancladas
..........................................................................................................................
23
6.5 Estructuras
enterradas .......................................................................................................................
23
6.5.1 Tablestacas
........................................................................................................................................
23
6.5.2 Pilotes
..................................................................................................................................................
23
6.5.3 Pilas
.....................................................................................................................................................
23
6.6 Revestimiento de
taludes
...................................................................................................................
23
6.7 Barreras y estructuras
de impacto
....................................................................................................
24
7 Instrumentación e
inspección geotécnica para taludes y laderas
................................................. 24
7.1 Instrumentación
geotécnica
................................................................................................................
24
7.2 Tipo de
instrumentación
........................................................................................................................
26
8 Referencias
.................................................................................................................................................
27
8.1 Normativas
nacionales ..........................................................................................................................
27
8.2 Normativas
internacionales
..................................................................................................................
27
8.3 Manuales de diseño
y métodos sugeridos
.......................................................................................
28
8.4 Otras
referencias
....................................................................................................................................
29
Apéndice.1........................................................................................................................................................
30
Apéndice 2
........................................................................................................................................................
33
Apéndice 3
.......................................................................................................................................................
35
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Nivel de
riesgo contra pérdida de vidas humanas (adaptado de GEO, 2011)
..................... 6
Tabla 2. Nivel de
riesgo contra daños económicos y ambientales (adaptado de GEO, 201........... 6
Tabla 3. Factores de
seguridad para el diseño de taludes permanentes y análisis de lad............. 7
Tabla 4. Factores de
seguridad para el diseño de taludes tempor…...................................................
7
Tabla 5. Factores de
seguridad mínimos para taludes de presas clase III en condición estática .. 8
Tabla 6. Factores de
seguridad mínimos para taludes de presas clase III en condición seudoestática
...................................................................................................................................................
8
Tabla 7.
Probabilidad de falla aceptable en taludes (adaptado de Santamarina,
et al., 1992 en Look, 2007) ………………………………………………………………………………………………….. 8
Tabla 8. Tipos de
sitio y sus parámetros geotécnicos (propiedades promedio de los 30 m
superficiales) (CSCR, 2010) …………………………………………………………………………….... 9
Tabla 9.
Coeficientes seudoestáticos horizontales con un
periodo de retorno de 150 años
............................................................................................................................................................................
9
Tabla 10.
Coeficientes seudoestáticos horizontales con un
periodo de retorno de 475 años (Laporte, 2005)
.............................................................................................................................................
10
Tabla 11.
Clasificación del nivel de investigación mínima en taludes
..........................................................................................................................................................................
13
Tabla 12. Criterios
de ruptura en macizos rocosos y datos necesarios para su aplicación (adaptado
de González et. al., 2002)
.........................................................................................................................................................................
17
Tabla 13. Clases de
instrumentación en taludes y laderas
................................................................ 25
Tabla 14. Tipos de
ensayos de campo en suelos y sus objetivos principales
................................ 34
Tabla 15. Tipos de
ensayos de campo en rocas y sus objetivos principales
.................................. 34
Tabla 16. Métodos de
investigación geofísicos ....................................................................................
34
Tabla 17. Tipos de
ensayos de laboratorio en suelos y objetivos principales
................................. 35
Tabla 18. Tipos de
ensayos de laboratorio en rocas y objetivos principales
................................... 35
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Clases de
presas (adaptado de Amberg et al., 2002)
.......................................................... 8
PREFACIO
Las constantes pérdidas económicas y, sobre todo, la pérdida de vidas
humanas, ocasionadas por los deslizamientos del terreno disparados ya sea por
amenazas (e.g. lluvias y/o sismos intensos) o por
factores antrópicos (vibraciones, explosiones, socavación, alteración de la
geometría de la topografía natural, sobrecargas, construcción inadecuada de
rellenos y terraplenes, entre otros), son preocupación de muchos grupos e
instituciones del país.
Por ejemplo, las autoridades encargadas del desarrollo y mantenimiento
vial, han estado muy preocupadas por las constantes interrupciones del tránsito
en las principales carreteras del país y por los elevados costos que significa
volver a poner en servicio una vía. Esto ha sido la causa de que el tema de
estabilidad de taludes y laderas sea un tema primordial que requiere de una
normativa específica para su análisis y consideración.
La Asociación Costarricense de Geotecnia (ACG), ha decidido atender esta
prioridad, tanto por la importancia del tema, como por encontrarse dentro de
los mandatos en según su acta constitutiva. Por ello decidió encomendar al
Comité Técnico del Código de Cimentaciones de Costa Rica, la elaboración de un
Código que regule los temas asociados con el diseño de taludes y análisis de
laderas.
Este Comité, conformado por profesionales vinculados a la academia y al
ejercicio profesional en el campo de la geotecnia, se abocó, con entusiasmo,
dedicación y entereza, a preparar un documento con el fin de que los diseños de
los taludes y laderas sean realizados de la mejor manera y aplicando los conocimientos
más avanzados en esta materia. Todos estos aspectos necesarios para tener esa
herramienta tan importante, se presentan hoy como el Código Geotécnico de
Taludes y Laderas de Costa Rica.
Este Código establece los aspectos de seguridad y acciones de diseño, el
alcance de la investigación, los métodos de análisis o diseño de taludes y
laderas y los sistemas para la estabilización, protección y auscultación. Todos
estos factores se presentan con el objetivo de alcanzar un nivel de seguridad
adecuado y razonable para los distintos aspectos sociales, económicos y
ambientales que interactúan con los taludes y las laderas.
Este logro se alcanzó gracias a la participación de los especialistas a
cargo de la redacción, y los aportes de otros profesionales, entre estos el
ingeniero Alvaro Climent,
así como también de otros grupos que colaboraron convencidos de la importancia
del tema y que se mencionan a continuación con el afán de agradecerles sus
aportes. Ellos son el Colegio de
Ingenieros Civiles de Costa Rica y el Colegio Federado de Ingenieros y
Arquitectos, que brindaron el apoyo económico y logístico necesario para poder
concluir el documento. También se agradece el aporte intelectual de la Comisión
Nacional de Prevención de Riesgos y Atención de Emergencias y el Laboratorio de
Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica.
Para tener rigurosidad técnica y científica cuando se va a proponer un
código como el que se presenta aquí, es costumbre de la ACG solicitar una
revisión por parte de un consultor de renombre mundial. En este caso, la tarea
se le encomendó al ingeniero Manuel García López, profesional colombiano de
gran trayectoria en este campo de la geotecnia, quien ha tenido un papel
preponderante en el estudio y solución de muchos problemas de inestabilidad de
taludes y laderas en su país y en el extranjero. También se contó con los
valiosos aportes del ingeniero Juan Diego Bauzá Castelló, profesor y consultor
español y el consultor costarricense, ingeniero geólogo Sergio Mora Castro. El
Comité y la ACG agradecen los consejos y sugerencias de estos expertos, que
permitieron elaborar un documento más sólido desde el punto de vista
científico, técnico y práctico
La ACG considera importante lograr una continuidad en este tipo de
normativa técnicas, incluyendo otros temas de interés para la sociedad
costarricense. Es por eso que se ha comprometido a conformar en el futuro un
“Código Geotécnico de Costa Rica” y que tanto el Código de Cimentaciones como
el Código Geotécnico de Taludes y Laderas de Costa Rica se conviertan en
capítulos de este. Por ejemplo, temas de interés como obras de retención, obras
subterráneas y cimentación de estructuras especiales van a engrosar la
normativa, para lograr obras cada vez más seguras para el bienestar de la
sociedad costarricense.
1 Introducción
1.1 Filosofía
a. Este documento establece los requisitos mínimos para la evaluación,
investigación, análisis o diseño de taludes y laderas en Costa Rica, necesarios
para garantizar un nivel adecuado de seguridad, según el objetivo y alcance
definidos en los artículos 1.2 y 1.3 respectivamente.
b. Los lineamientos expuestos en esta normativa, representan requisitos
mínimos para obtener el desempeño adecuado de taludes y laderas en Costa Rica.
Esto no debe limitar al profesional responsable a cumplir solamente con los
mínimos establecidos en ella, si lo precisa, podrá utilizar metodologías de
análisis y diseño más rigurosas y complementarias, que las estipuladas en este
documento.
c. Los requisitos para analizar el desempeño de taludes y laderas
incluidos en este documento incluyen la utilización de la metodología de
“esfuerzos de trabajo” (ASD por sus siglas en inglés).
1.2 Objetivo
El objetivo de este
Código es contribuir con la protección de la vida humana, y la reducción de las
pérdidas económicas y del impacto ambiental, ocasionados por la falla de
taludes y laderas en Costa Rica.
1.3 Alcance
Los lineamientos
expuestos en esta normativa son aplicables al análisis y diseño de taludes en
corte o relleno o al análisis de las laderas en su estado natural. Quedan fuera
del alcance los casos en donde se presenten movimientos en masa activos de gran
magnitud, avalanchas, flujos de detritos, materiales con potencial de
licuación, entre otros, que deberán ser analizados como casos especiales y
mediante otros tipos de metodologías.
1.4 Premisas
generales
a. El concepto general de este documento ha sido redactado y revisado
por profesionales, expertos en geotecnia, conocedores y practicantes de los criterios
y conceptos del análisis y diseño de taludes con apego a los estándares
internacionales y los últimos avances en este campo.
b. Durante el proceso de estudio, análisis, diseño y construcción de
taludes, debe realizarse un seguimiento y una inspección detallada por parte de
un profesional responsable. Esta persona debe garantizar que las modificaciones
que se requieran durante la construcción se ejecuten de manera oportuna y
verificar que se realice un adecuado control de calidad de todos los procesos.
c. El terreno debe ser estudiado adecuadamente, siguiendo los
lineamientos expuestos en el Capítulo 4 de este documento.
d. El talud o ladera deben ser sometidos a la auscultación, vigilancia y
mantenimiento según los lineamientos expuestos en el Capítulo 7 de este
documento.
e. En caso de que ocurra un deslizamiento de un talud o una ladera,
estos deberán ser intervenidos mediante las medidas de emergencia necesarias
(incluidas en los artículos 3.2 y 3.3) y realizar las reparaciones pertinentes
de acuerdo con los resultados de la inspección, el diagnóstico, la
investigación, el análisis y el diseño geotécnico correspondiente, según lo
expuesto en el Capítulo 3 de este documento.
1.5 Términos y
definiciones
CCCR: Código de cimentaciones de Costa Rica en su versión más reciente.
CNE: Comisión Nacional de Prevención de Riesgos y Atención de Emergencias
CSCR: Código sísmico de Costa Rica en su versión más reciente.
Escombreras: Rellenos constituidos por materiales de desecho provenientes de las
industrias mineras, manufactureras, de la construcción u de otras actividades,
que se depositan siguiendo un proceso constructivo diseñado por el profesional
responsable, de manera que se asegure la estabilidad de los materiales así
depositados en el sitio.
Estudio de amenaza sísmica: Forma numérica que caracteriza la
probabilidad de excedencia de un sismo de cierta intensidad (o aceleración del
terreno) en un determinado sitio, durante un período (donde se contempla la
importancia de la obra). Este tipo de estudios puede efectuarse a escala
regional o local, y deben contemplar los parámetros de las fuentes sismogénicas y los registros de aquellos eventos sísmicos
ocurridos en cada zona fuente y la atenuación del movimiento en el terreno.
Factor de seguridad: Relación de la resistencia al corte disponible (la
capacidad) con la resistencia al corte requerida para el equilibrio (la
demanda).
IGN: Instituto Geográfico Nacional.
IMN: Instituto Meteorológico Nacional.
Ladera: Cualquier superficie natural inclinada respecto al plano horizontal,
formada a través de la historia geológica por procesos de erosión o depositación.
SBO: Sismo básico de operación. Es el sismo que una presa debe ser capaz de
resistir presentando daños menores que no comprometan la funcionalidad de la obra.
Generalmente se selecciona para un período de retorno de 150 años (50% de
probabilidad de excedencia en 50 años), utilizando el resultado de análisis
probabilísticos de la amenaza sísmica.
SES: Sismo de evaluación de seguridad. Es el sismo que una presa debe ser
capaz de resistir sin la liberación descontrolada del agua del embalse. El SES
rige la evaluación de la seguridad y el diseño sísmico de los componentes de
una presa, relevantes para la seguridad, que deben continuar funcionando
después del sismo. Su período de retorno debe ser seleccionado por un grupo
multidisciplinario de profesionales en las áreas de sismología y diseño
geotécnico, tomando en cuenta la importancia de la presa, pero nunca debe ser
menor al sismo con una probabilidad de excedencia del 10% en 50 años (475 años
de período de retorno).
Talud: Cualquier superficie inclinada respecto al plano horizontal, construida
por el ser humano (corte o relleno).
Talud temporal: Talud que debe operar de forma segura durante un
período corto, generalmente el plazo de construcción de una obra definitiva.
Tránsito bajo: Tránsito promedio diario anual menor que 5000
Tránsito alto: Tránsito promedio diario anual mayor que 15000
2 Criterios de
diseño
En el desarrollo de
este capítulo se presentan los factores de seguridad mínimos, tanto para
resistir solicitaciones estáticas como las sísmicas. En el caso de que dichos
requisitos no se cumplan, el profesional responsable deberá seleccionar un
método o la combinación de varios métodos de estabilización con el fin de
probarlos hasta satisfacer los factores de seguridad requeridos.
2.1 Definición del
nivel de seguridad
a. El nivel de seguridad que requiere un talud o ladera debe definirse
tomando en cuenta la amenaza e impacto sobre las vidas humanas y las las pérdidas económicas o ambientales previsibles.
b. El nivel de riesgo contra la pérdida de vidas humanas debe
seleccionarse utilizando como guía la Tabla 1.
c. El nivel de riesgo contra daños económicos o ambientales debe seleccionarse
utilizando como guía la Tabla 2.
Tabla 1. Nivel de riesgo contra pérdida de vidas humanas (adaptado de
GEO, 2011)
|
Riesgo |
Ejemplos |
|
Bajo |
Área y
edificaciones con permanencia eventual de personas: potreros, parques nacionales,
áreas de recreo y parques urbanos de baja ocupación, zonas de estacionamiento
de automóviles, bodegas de materiales. No se incluyen en esta categoría
bodegas donde se almacenen materiales tóxicos o explosivos. Ferrovías o
carreteras de tránsito bajo. |
|
Medio |
Área y
edificaciones con permanencia limitada de personas: áreas de espera de
ocupación pública, como por ejemplo terminales de autobús o tren. Ferrovías o
carreteras de tránsito medio. |
|
Alto |
Área y
edificaciones con movilización intensa y permanencia de personas: edificios
residenciales, urbanizaciones,
edificios comerciales, edificios industriales edificios destinados a la
educación, hospitales, sistemas de distribución de combustibles, bodegas
donde se almacenen materiales tóxicos o explosivos. Ferrovías y
carreteras de tránsito alto. |
Tabla 2. Nivel de riesgo contra daños económicos y ambientales (adaptado
de GEO, 2011)
|
Riesgo |
Ejemplos |
|
Bajo |
Parques en zonas
urbanas, estacionamientos al aire libre, potreros, caminos de tránsito bajo. |
|
Medio |
Carreteras de
tránsito moderado, servicios esenciales que se vean interrumpidos por
períodos cortos (por ejemplo: agua, electricidad, etc),
instalaciones cuya falla podría ocasionar contaminación; viviendas y
urbanizaciones. |
|
Alto |
Carreteras de
tránsito intenso, ferrovías, servicios esenciales que se vean interrumpidos
por períodos prolongados (por ejemplo: agua, electricidad, etc), instalaciones cuya falla podría ocasionar contaminación
significativa (por ejemplo: estaciones de servicio de combustible, bodegas
donde se almacenen materiales tóxicos, etc),
edificios habitacionales y comerciales. |
2.2 Factores de
seguridad mínimos para taludes en general
a. Para el análisis y diseño de taludes permanentes (i.e. definitivos)
por métodos determinísticos, se recomienda utilizar los factores de seguridad
mínimos que se muestran en la Tabla 3.
b. Para el análisis de las laderas que serán modificadas durante la ejecución
de una obra o que representen una amenaza para obras de infraestructura, se
recomienda utilizar los factores de seguridad iguales o mayores a los mínimos
que se muestran en la Tabla 3.
c. Para el análisis y diseño de taludes de carácter temporal se
recomienda utilizar los factores de seguridad mínimos que se muestran en la
Tabla 4.
d. El análisis de taludes permanentes y laderas debe cumplir con los
factores de seguridad mínimos tanto en condición estática como seudoestática.
e. Cuando se coloque una estructura en un talud o ladera se deben
garantizar además los factores de seguridad para la cimentación, señalados en
el Artículo 4.2.6.2 del CCCR.
f. En el caso de muros de retención se deben respetar los lineamientos y
factores de seguridad ante capacidad soportante, volcamiento, deslizamiento,
estabilidad global, estabilidad interna y deformaciones, según se sugiere en el
Artículo 6.3 del CCCR.
g. Cuando la estabilidad y la importancia del talud lo ameriten, se debe
hacer una estimación de los desplazamientos por medio de los métodos propuestos
en los artículos 5.3.6 (análisis de las deformaciones mediante métodos
analíticos) o 5.3.3 (análisis dinámico de las deformaciones mediante métodos
numéricos).
Tabla 3. Factores de seguridad para el diseño de taludes permanentes y
análisis de laderas
|
Condición de
análisis |
Riesgo de daños económicos y
ambientales |
Riesgo de pérdida de vidas |
Bajo |
Medio |
Alto |
|
Estática |
Bajo |
1.20 |
1.30 |
1.40 |
|
|
Medio |
1.30 |
1.40 |
1.50 |
||
|
Alto |
1.40 |
1.50 |
1.50 |
||
|
Seudoestática: Coeficiente seudoestático según el Artículo 2.5,
Tabla 10 |
Bajo |
>1.00 |
>1.00 |
1.05 |
|
|
Medio |
>1.00 |
1.05 |
1.10 |
||
|
Alto |
1.05 |
1.10 |
1.10 |
||
|
Desembalse rápido: Taludes en
embalses con posibilidad de
un desembalse rápido |
Bajo |
1.10 |
1.15 |
1.20 |
|
|
Medio |
1.15 |
1.20 |
1.30 |
||
|
Alto |
1.20 |
1.30 |
1.40 |
||
Tabla 4. Factores de seguridad para el diseño de taludes temporales
|
Condición de
análisis |
Riesgo de pérdida
de vidas |
Factor de
seguridad |
|
Estática |
Bajo |
>1.10 |
|
Medio |
1.20 |
|
|
Alto |
1.30 |
|
|
Seudoestática Coeficiente seudoestático según el Artículo 2.5,
Tabla 9 |
|
Ø 1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.3 Factores de
seguridad mínimos para taludes de presas pequeñas y diques
a. Se definen tres clases diferentes de presas, tomando en cuenta la
altura de la presa y el volumen de almacenamiento del embalse. En la Figura 1
se debe verificar que la presa que se diseñará sea de clase III, de no ser así
se aplica lo establecido en el inciso h.
b. Los lineamientos expuestos en esta normativa son válidos solamente
para presas pequeñas y diques construidos con materiales compactados (rellenos
de tierra o enrocados).
c. Por las características de operación de las presas de materiales
compactados, se considera inaceptable una falla súbita en uno de sus taludes.
d. Los diques de protección contra inundaciones, deben ser catalogados
como clase III para su diseño, independientemente de su altura y volumen de
almacenamiento.
e. En la Tabla 5 se detallan los factores de seguridad en condición
estática que deben cumplir las presas clase III.
f. En la Tabla 6 se detallan los factores de seguridad en condición seudoestática que deben cumplir las presas clase III.
g. Para el diseño de presas clase III basta con realizar el análisis seudoestático y cuando el profesional responsable del
diseño lo considere necesario, verificar las deformaciones por medio de métodos
analíticos o métodos numéricos.
h. Cuando no se realice un estudio de amenaza sísmica específico para el
diseño de una presa clase III, deben utilizarse como SES los coeficientes seudoestáticos de la Tabla 10 y como SBO los coeficientes seudoestáticos de la Tabla 9.
i. Para el diseño de presas clase I y clase II resulta obligatorio
realizar: a) un estudio de amenaza sísmica específico para el proyecto y b) un
estudio de las deformaciones del cuerpo de la presa por medio de métodos
analíticos o métodos numéricos. Asimismo se deben utilizar los lineamientos
expuestos por ICOLD (2010), que recomienda utilizar el SES y el SBO para el
diseño de los rellenos de presa.
Tabla 5. Factores de seguridad mínimos para los taludes de las presas
clase III en condición estática
|
Condición |
Embalse |
Factor de
seguridad |
Consideraciones de
diseño |
|
Final de
construcción |
Sin embalse |
1.30 |
Condiciones a
corto plazo |
|
Con flujo
establecido |
Nivel de la
avenida máxima probable |
1.50 |
Condiciones a
largo plazo |
|
Desembalse rápido |
Nivel de la
avenida máxima probable |
1.10 |
Condiciones a
corto plazo |
|
Nivel a la cota
del vertedero |
1.30 |
Tabla 6. Factores de seguridad mínimos para los taludes de las presas
clase III en condición seudoestática
|
Condición |
Embalse |
Factor de
seguridad |
Consideraciones de
diseño |
|
Durante
construcción Utilizar el SBO |
Sin embalse |
1,00 |
Condiciones a
corto plazo |
|
Condición básica
de Operación Utilizar el SBO |
Nivel máximo de operación |
1,15 |
Condiciones a
largo plazo |
|
Evaluación de seguridad Utilizar el SES |
Nivel máximo de operación |
1,05 |
Condiciones a
largo plazo |
2.4 Valores
aceptables de probabilidad de falla
a. Como alternativa o complemento de los análisis determinísticos
utilizando el concepto del equilibrio límite, se pueden realizar análisis
probabilísticos para los taludes (ver el Artículo 5.3.5).
b. Las probabilidades de falla aceptables que se deben cumplir en los
taludes se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Probabilidad de falla aceptable en taludes (adaptado de Santamarina, et al., 1992 en Look, 2007)
|
Condición |
Probabilidad de falla, Pf |
|
Inaceptable |
> 0,1 (10%) |
|
Diseño de taludes
temporales. La falla del talud
no tiene potencial de generar pérdida de vidas humanas. El costo de
reparación del talud es bajo (i.e. con respecto al costo total de la obra o
al valor de la pérdida) |
0,1 (10%) |
|
Revisión de
taludes carreteros existentes. Revisión de la
estabilidad de laderas. |
0,01 a 0,02 (1% a 2%) |
|
Diseño de taludes
nuevos para carreteras. |
0,01 |
|
La falla del talud
tiene poco o ningún potencial de generar pérdida de vidas humanas. El talud puede
fallar y causar pérdidas económicas o ambientales menores. El costo de la
reparación del talud es menor al costo de disminuir la probabilidad de falla. El uso y ubicación
permiten que el talud salga de operación el tiempo necesario para realizar
una reparación. |
(1%) |
|
Aceptable para
casi cualquier talud. La falla del talud
tiene potencial de generar pérdida de vidas humanas. |
0,001 (0,1%) |
|
Taludes de presas. Aceptable para
cualquier tipo de talud. |
0,0001 (0,01%) |
2.5 Coeficientes seudoestáticos para aplicar durante el análisis de taludes
a. Para la selección del coeficiente seudoestático
se utiliza la misma zonificación sísmica descrita en el CSCR, que divide al
país en tres zonas sísmicas, con intensidad sísmica ascendente, denominadas
zonas II, III y IV. Las zonas sísmicas se presentan mediante la división
política y administrativa, según se detalla en el CSCR.
b. Para la selección del coeficiente seudoestático
es utilizada la clasificación de sitios de cimentación detallada en el
CSCR. Dicha clasificación utiliza las propiedades geotécnicas indicadas en la
Tabla 8, calculadas como promedio en los 30 m superficiales, para especificar
los tipos de sitio definidos a continuación:
·
Sitio tipo S1: Perfil de roca o suelo rígido o denso con propiedades
semejantes a la roca.
·
Sitio tipo S2: Un perfil de suelo con condiciones predominantes de
medianamente denso a denso o de medianamente rígido a rígido.
·
Sitio tipo S3: Un perfil de suelo con 6 a 12 m de arcilla de
consistencia de suave a medianamente rígida o con más de 6 m de suelos no
cohesivos de poca a media densidad.
·
Sitio tipo S4: Un perfil de suelo que contenga un estrato de más de 12 m
de arcilla suave.
c. En ausencia de estudios de amplificación dinámica, se deben utilizar
los coeficientes seudoestáticos horizontales
presentados en la Tabla 9, para el análisis sísmico de taludes temporales
utilizando el método de equilibrio límite. Estos coeficientes son
representativos de un sismo con una probabilidad de excedencia anual del 50% en
50 años (período de retorno de 150 años).
d. En ausencia de estudios de amplificación dinámica, se deben utilizar
los coeficientes seudoestáticos horizontales
presentados en la Tabla 10, para el análisis sísmico de taludes permanentes
utilizando el método de equilibrio límite.
Estos coeficientes son representativos de un sismo con una probabilidad
de excedencia anual del 10% en 50 años (período de retorno de 475 años).
e. Para el análisis sísmico de presas clase III y diques, cuando se
utilice el método de equilibrio límite, y donde no se cuente con un estudio de
amenaza sísmica específico para el proyecto, se deben utilizar los coeficientes
seudoestáticos horizontales de la Tabla 9 como sismo
SBO y los coeficientes seudoestáticos horizontales de
la Tabla 10 como sismo
SES.
f. Cuando se utilice el método de equilibrio límite para realizar el
análisis sísmico de un talud, puede utilizarse un coeficiente seudoestático vertical. La selección del valor del
coeficiente quedará a criterio del profesional responsable del análisis.
Tabla 8. Tipos de sitio y sus parámetros geotécnicos (propiedades promedio
de los 30 m superficiales) (CSCR, 2010)
|
Tipo de sitio |
N |
Vs (m/s) |
cu (kg/cm2) |
|
S1 |
≥ 50 |
≥ 760 |
≥ 1,00 |
|
S2 |
35 – 50 |
350 - 760 |
0,75 - 1,00 |
|
S3 |
15 – 35 |
180 - 350 |
0,50 - 0,75 |
|
S4 |
≤ 15 |
≤ 180 |
≤ 0,50 |
Tabla 9. Coeficientes seudoestáticos
horizontales con un período de retorno de 150 años
|
Tipo de sitio |
Zona II |
Zona III |
Zona IV |
|
S1 |
0.10 |
0.10 |
0.15 |
|
S2 |
0.10 |
0.15 |
0.15 |
|
S3 |
0.10 |
0.15 |
0.20 |
|
S4 |
0.10 |
0.15 |
0.20 |
Tabla 10. Coeficientes seudoestáticos
horizontales con un periodo de retorno de 475 años (Laporte,
2005)
|
Tipo de sitio |
Zona II |
Zona III |
Zona IV |
|
S1 |
0.15 |
0.15 |
0.20 |
|
S2 |
0.15 |
0.20 |
0.20 |
|
S3 |
0.15 |
0.20 |
0.25 |
|
S4 |
0.15 |
0.20 |
0.25 |
2.6 Definición de
condiciones de análisis especial
Las consideraciones sobre nivel de seguridad, factores de seguridad,
probabilidades de falla y coeficientes seudoestáticos
expuestos en los artículos 2.1 a 2.5 no se aplican para taludes y laderas en donde
ya se han identificado inestabilidades, tales como movimientos de masa activos,
flujos de detritos, entre otros. Queda a criterio del profesional responsable
realizar lo necesario a nivel de análisis y diseño para mitigar los efectos del
movimiento de masa ocurrido o propenso a ocurrir, para prevenir la pérdida de
vidas humanas o daños materiales.
3 Evaluación
preliminar del talud
En este capítulo se presentan los requisitos mínimos para realizar la
evaluación preliminar de un talud. Esta evaluación debe efectuarse antes de
iniciar la ejecución de las investigaciones geotécnicas y es imprescindible
pues se requiere tener conocimiento de las condiciones generales. En el
Apéndice 1 se presenta el formulario que debe ser utilizado a la hora de
realizar la evaluación.
3.1 Estudio de la
información disponible
a. Se debe realizar una investigación exhaustiva de los datos históricos
disponibles relativos a la topografía, geomorfología geología, datos
geotécnicos, información meteorológica, sismicidad e infraestructura del sitio
en estudio. Esta investigación debe incluir mapas regionales y locales de las
amenazas naturales y riesgo, de susceptibilidad al deslizamiento, mapas
geológicos y geotécnicos, fotografías aéreas e imágenes satelitales cuando
estén disponibles.
b. Se recomienda consultar al menos, las fuentes de información
siguientes:
i. Hojas cartográficas escala 1:50 000 editadas por el IGN.
ii. Hojas cartográficas de la Gran Área Metropolitana (GAM), escala 1:10
000 del IGN. Disponibles en el sitio web:http://201.194.102.38/cartografia/PRUGAM_Cartografia_Cantones.htm
iii. Mapas de amenazas naturales de la CNE. Disponibles en el sitio web:
http://www.cne.go.cr/.
iv. Mapas de amenazas naturales ejecutados por las municipalidades como
parte de sus planes reguladores cuando existan.
v. Map geológico de Costa Rica escala 1:400
000 (Denyer y Alvarado, 2007).
vi. Mapas geológicos escala 1:50 000 u otras escalas, publicados por la
Revista Geológica de América Central. Disponibles en el sitio web: http://www.geologia.ucr.ac.cr/.
vii. Mapas de tipos de suelo y zonificación geotécnica de la Gran Área
Metropolitana incluidos en el CCCR.
viii. Mapa de aceleraciones pico efectivas (Tr
= 500 años) incluidos en el CSCR.
ix. Mapa de intensidad máxima en la escala de Mercalli Modificada de
Costa Rica, incluido en el Atlas Tectónico de Costa Rica (Denyer
et al., 2003).
x. Proyecto Resis II: Evaluación de la amenaza
sísmica en Costa Rica (Climent et. al, 2008).
Disponible en el sitio web:ftp://ns.lanamme.ucr.ac.cr/estructural/RESIS-II_Project/Evaluación
de la amenaza sísmica en CR - 2008.PDF
xi. Atlas climatológico interactivo del IMN. Disponible en el sitio web:
http://www.imn.ac.cr/.
xii. Aplicar metodologías y aprovechar la información resultante de la
interpretación de sensores remotos (satelitales, radar, fotografías aéreas, LiDAR, entre otras).
xiii. Consultar la información disponible en las tesis de grado, tesis
de postgrado y trabajos finales de graduación, realizadas en las universidades
del país.
xiv. Cualquier otra información relacionada.
3.2 Inspección
inicial de las condiciones del talud o ladera
a. El profesional responsable a cargo de la investigación debe realizar
una visita para la inspección del sitio donde se ubica
el talud o la ladera objeto de la evaluación de estabilidad. Es deseable
ingresar a la corona y al pie del talud o ladera.
b. A partir de la visita de inspección, se debe evaluar la necesidad de
aplicar medidas de emergencia para proteger la vida
y propiedades que se encuentren en una situación de riesgo inminente.
c. Las medidas de emergencia pueden incluir:
i. Notificar a las autoridades competentes sobre el problema.
ii. La evacuación y prohibición de entrada a edificaciones o al terreno
en donde se ubica la zona inestable mientras el
proceso esté activo.
iii. La interrupción del flujo vehicular y peatonal en caminos y
carreteras.
iv. La construcción de drenajes superficiales o profundos y el manejo de
aguas en general.
v. La disminución o eliminación de sobrecargas.
vi. La reconformación del talud.
vii. La colocación de material al pie del talud (disminuyendo su altura
o aumentando la resistencia pasiva).
viii. La protección superficial del talud (mediante el uso de plástico, geomantas, etc).
ix. El sellado de grietas superficiales.
x. Cualquier otra medida que el profesional responsable considere
apropiada.
d. En esta etapa también se podrá solicitar una investigación de tipo
preliminar si el profesional responsable lo considera necesario y con el
objetivo de realizar un análisis rápido del problema de estabilidad (ver el
Artículo 4.2). También se puede considerar la colocación de instrumentación
(puntos de control topográfico como mínimo) que sirva como insumo para la
verificación de la efectividad de las medidas de emergencia que se
especificaron anteriormente (ver el Capítulo 7).
e. Como producto de la visita se debe emitir un informe de inspección
preliminar para el cual se debe utilizar la plantilla del Apéndice 1, que
contenga como mínimo la siguiente información:
i. Identificación del profesional responsable de la inspección.
ii. Fecha de la visita.
iii. Ubicación del sitio de estudio.
iv. Uso del suelo.
v. Tipo de vegetación.
vi. Condición del drenaje.
vii. Tipo de ladera natural, talud en corte, talud en relleno, dique,
presas.
viii. Geometría del talud o ladera
ix. Existencia de estructuras de retención (con indicación de su estado
actual).
x. Condición de saturación del terreno.
xi. Tipo de suelo o roca encontrado en el sitio (se debe indicar si se
encontraron materiales de relleno).
xii. Indicios de desplazamientos o deformaciones en el terreno (fallas,
cicatrices de deslizamientos, perdidas de linealidad, entre otros).
xiii. Grado de peligrosidad de un movimiento.
xiv. Tipología de posibles movimientos.
xv. Indicación de los elementos expuestos (vidas o propiedades).
xvi. Tipo probable de superficie de deslizamiento u otro mecanismo de
inestabilidad y sus posibles consecuencias.
xvii. Cualquier otra información obtenida de los pobladores de la zona
(tales como represamientos en los cauces fluviales, reptación, entre otros).
f. El informe de inspección debe complementarse obligatoriamente con un
registro fotográfico y un croquis que indique los aspectos y puntos más
relevantes observados. De ser posible, también se debe indicar el diagnóstico
preliminar de las causas de la inestabilidad, si se han producido episodios
previos o si son posibles e inminentes.
g. En esta etapa es conveniente ubicarse en un sitio alejado y elevado en
el momento que la luz del sol sea más conveniente (amanecer o el ocaso, para
aprovechar la proyección de las sombras sobre el relieve y aumentar el
contraste de la luz solar disponible. De ser posible, realizar un sobrevuelo o
utilizar imágenes remotas para observar el área inestable desde una posición
superior, con el fin de tener una vista general del talud o ladera bajo
análisis y además para establecer la posición de los accesos, magnitud y
extensión del problema, las tendencias del movimiento, corrientes de agua,
entre otros.
h. Se debe verificar que la zona estudiada no se encuentre dentro de una
zona de deslizamiento mayor.
3.3 Estudios
complementarios
3.3.1 Levantamiento
topográfico
a. Cuando la magnitud o importancia del talud lo amerite y sobre todo si
ya existen evidencias de movimiento activo, se debe ejecutar un levantamiento
topográfico siguiendo los lineamientos dados por el profesional responsable,
quien debe indicar el perímetro poligonal, sectores y puntos de interés
específicos del levantamiento.
b. El levantamiento debe realizarse a una escala compatible con las
dimensiones del talud y del problema de estabilidad analizado en el estudio. .
La superficie a levantar debe superar en área inestable por un margen que
decidirá el profesional, tanto al pie como en la corona y los límites
laterales. De ser posible, una distancia equivalente a una vez y media la
altura y el ancho del talud o ladera inestable.
c. Debe incluir claramente como mínimo lo siguiente:
i. El área del talud a evaluar o el área y el contorno del material
deslizado (en caso de analizarse un talud ya deslizado).
ii. En caso de existir, debe detallarse la localización de las
investigaciones geológico-geotécnicas realizadas.
iii. Perfiles relevantes para el análisis que abarquen una longitud
suficiente, incluso fuera del área inestable o potencialmente inestable.
iv. La ubicación de construcciones existentes, caminos públicos,
tuberías de agua potable, alcantarillas, obras de manejo de agua como cunetas, contracunetas, bajadas de agua, cursos de agua, puntos de
afloramientos de agua subterránea(i.e. manantiales, nacientes, áreas de
recarga), afloramientos rocosos, grietas, hendiduras en el terreno,
subsidencias, áreas pobladas, actividades productivas, etc.
v. Cualquier otra información de interés que el profesional responsable
considere relevante.
3.3.2 Reconocimiento
geológico preliminar
a. Cuando la magnitud o importancia del talud lo amerite se debe
realizar un reconocimiento geológico preliminar, realizado por un profesional calificado
para tal efecto.
b. Dicho reconocimiento debe contemplar los aspectos geológicos básicos
(i.e. litologías y su condición), detalles geoestructurales
(i.e. pliegues, discontinuidades -estratificación, diaclasas, fracturas,
fallas-), geomorfológicos e hidrogeológicos de carácter regional y local,
obtenidos de la revisión de la información disponible (ver el Artículo 3.1).
c. La información obtenida por medio de este reconocimiento, se debe
utilizar como un insumo adicional para planificar las investigaciones
geotécnicas de campo y laboratorio detalladas en el Capítulo 4. Además debe
servir como guía para modelar el comportamiento del talud o de la ladera al ser
sometido a factores que inducen la falla como los sismos; o bien ante la
presencia de rocas blandas o formaciones débiles, acuíferos colgados, entre
otros.
4 Investigaciones
geotécnicas
A continuación se definen los requisitos mínimos que deben cumplir las
investigaciones geotécnicas realizadas para construir el modelo geotécnico de
un talud o ladera. Se debe utilizar como insumo el reconocimiento geológico
preliminar definido en el Artículo 3.3.2, con el fin optimizar la investigación
de campo y laboratorio, para asignar las propiedades físicas y mecánicas de los
materiales. Los estudios geológicos podrán ampliarse durante esta etapa si el
profesional responsable encargado de la investigación lo considera necesario.
4.1 Generalidades
a. El objetivo principal de las investigaciones geotécnicas debe ser
obtener la información necesaria para ejecutar un modelo geotécnico acorde con
la etapa en la que se encuentre el caso analizado (e.g.
situación de emergencia, proyecto o mantenimiento de una obra, etc.).
b. Los estudios geotécnicos se subdividen según su etapa de ejecución,
en preliminares y detallados.
c. La planificación de la investigación debe hacerse siguiendo los
lineamientos expuestos en los artículos 4.1.1, 4.1.2 y 4.1.3.
4.1.1 Planificación
de la investigación
a. La planificación de las investigaciones de campo y laboratorio que se
ejecuten como parte del estudio de estabilidad (o inestabilidad) de un talud o
ladera, debe hacerla el profesional responsable.
b. La planificación debe incluir la definición del tipo, la cantidad, la
localización y la profundidad de las investigaciones de campo que se ejecuten
durante la campaña de investigación. Además, debe incluir la definición del
tipo, la cantidad, la localización y la profundidad de las muestras que se
utilicen posteriormente en la campaña de estudio de laboratorio.
Igualmente definirá la instrumentación que, en su caso, se disponga para
auscultación y vigilancia.
c. El tipo de investigación que se realice, debe considerar si el
material del talud analizado se debe modelar como un medio continuo (talud en
suelo, roca masiva o roca intensamente fracturada) o como un medio discontinuo
(talud en roca que presenta uno, dos o hasta tres familias de
discontinuidades). Dicho modelo o premisa puede ser modificado o rectificado
con base en los resultados obtenidos en la investigación.
d. Se debe aplicar el tipo de prospección o ensayo que suministre
información confiable para la elaboración del modelo geotécnico con el que se
realizarán los análisis.
e. La investigación de campo se debe realizar según lo dispuesto en el
Artículo 4.3, mientras que las investigaciones de laboratorio deben ser
ejecutadas tomando en cuenta el Artículo 4.4.
4.1.2 Alcance de la
investigación
a. El alcance de la investigación lo debe determinar el profesional
responsable con base en el nivel de riesgo, es decir la probabilidad de pérdida
de vidas humanas, pérdidas económicas o ambientales, según lo definido en el
Artículo 2.1 y la complejidad geotécnica del sitio estudiado de acuerdo con lo
establecido en el Artículo 4.1.3. En la Tabla 11 se muestra la clasificación
del nivel de investigación en taludes y laderas tomando como base el nivel de
riesgo y la complejidad geotécnica.
Tabla 11. Clasificación del nivel de investigación mínima en taludes y
laderas
|
Nivel de riesgo |
Complejidad geotécnica |
||
|
|
Baja |
Media |
Alta |
|
Bajo |
A |
A |
B |
|
Medio |
B |
B |
C |
|
Alto |
C |
C |
C |
b. Los requisitos que deben cumplir la investigación en el talud o
ladera definidos en la Tabla 11, son los siguientes:
i. Clase A: Reconocimiento visual del sitio con base en la
plantilla propuesta en el Apéndice 1, que debe ser llevado a cabo por
profesionales especialistas y suficientemente capacitados, que recorran la zona
más allá de los límites del área visiblemente problemática. Evaluación de la
geología y topografía circundante, como complemento del reconocimiento previo
que se establece en el Capítulo 3. Observación del suelo y la roca que
conforman el sitio, a partir de afloramientos o trincheras, con el fin de
describir el estado en que se encuentran. Determinación de la influencia del
agua (superficial y subterránea) en el comportamiento del talud.
ii. Clase B: Además del alcance que se establece en la Clase A,
se debe complementar la caracterización de los materiales presentes en la zona
de estudio. Se deberá incluir una planta y un perfil topográfico en donde se
señalen todos los puntos y perfiles de la prospección geotécnica. La
distribución en planta de las prospecciones requeridas (tipo, cantidad y
ubicación) se deberá adecuar a la superficie y extensión de las obras, a la
complejidad del terreno (detectada o verificada durante las investigaciones
preliminares) y a las particularidades del proyecto o situación.
Se recomienda que al menos la mitad de las perforaciones o cualquiera de
las prospecciones realizadas alcancen la profundidad de una vez y media la
altura del talud o ladera analizada, o bien hasta que a criterio del
profesional responsable se alcancen materiales con condiciones
geológico–geotécnicas aceptables y que garanticen la definición de un modelo
geotécnico confiable para el análisis de estabilidad.
La investigación geotécnica será efectuada mediante la utilización de
uno o varios de los métodos para realizar la prospección de los suelos, rocas y
aguas subterráneas, indicados en las tablas 14, 15 y 16 del Apéndice 2.
Los mismos deberán incluir una cantidad mínima de perforaciones o trincheras,
con ensayos in situ, con extracción de muestras para pruebas índice de
laboratorio que permitan definir la estratigrafía del subsuelo y estimar sus
propiedades geotécnicas. Se considera conveniente un mínimo de tres
perforaciones.
iii. Clase C: Además de los alcances que se establecen en las
clases A y B, es requisito determinar propiedades mecánicas de los suelos y de
las rocas, mediante ensayos de campo y laboratorio que permitan su
caracterización geomecánica (por ej., resistencia, deformabilidad, permeabilidad), según los procedimientos de
ensayo establecidos en los
iv. Apéndice 2 y 3.
4.1.3 Definición de
la complejidad geotécnica del talud
La complejidad geotécnica describe el grado de dificultad con la que se
puede obtener un modelo geotécnico apropiado para realizar el análisis de un
talud. La complejidad geotécnica del talud debe ser definida por el profesional
responsable designado para realizar el estudio con base en las siguientes
definiciones:
a. Complejidad geotécnica baja: Corresponde a un sitio donde se
puede definir un modelo geotécnico homogéneo, sin presencia de agua aflorando
en el terreno, sin presencia de estructuras geológicas importantes, en donde
los afloramientos de roca se presentan sanos, masivos o muy poco fracturados y
meteorizados.
b. Complejidad geotécnica media: Corresponde a un sitio en donde
el modelo geotécnico es variable según la orientación del perfil analizado.
Está compuesto por materiales heterogéneos, con presencia de agua aflorando en
el terreno, con presencia de estructuras geológicas que inducen a la debilidad
de la litología (e.g. fracturas, pliegues, diaclasas,
alteración hidrotermal, etc.).
c. Complejidad geotécnica alta: Corresponde a un sitio en donde
el modelo geotécnico es muy variable según la orientación del perfil analizado,
con materiales heterogéneos, con agua aflorando en el terreno y con estructuras
geológicas (fracturas, diaclasas, pliegues) y alteración hidrotermal. Las
rocas, en sus afloramientos, se presentan muy fracturados, alterados y
meteorizados.
d. Complejidad geotécnica especial: Cuando exista una complejidad
geotécnica que corresponde según lo expuesto en el Artículo 1.3, es decir, con
sitios en donde se presentan movimientos en masa activos de gran magnitud,
avalanchas o flujos de detritos o materiales con potencial de licuación, entre
otros, el profesional responsable deberá definir el alcance de la investigación.
4.2 Investigación
geotécnica según la etapa del proyecto
Un proyecto, según su envergadura, tiene varias etapas de ejecución.
Cada una incorpora una investigación geotécnica mínima que debe ser completada.
Se reconocen tres categorías de investigación geotécnica asociadas a las
diferentes etapas de un proyecto:
- Estudios geotécnicos preliminares
- Estudios geotécnicos detallados
- Estudios geotécnicos de comprobación durante la ejecución de la
obra.
Los estudios geotécnicos en todas las etapas de un proyecto deben estar
orientados a cumplir con los criterios básicos especificados en los artículos
4.1.1, 4.1.2 y 4.1.3. La descripción de cada uno de los tipos de investigación
geotécnica, según la etapa del proyecto, se detalla a continuación:
a. Estudios geotécnicos preliminares: Investigaciones de
reconocimiento o viabilidad técnica, cuya intención principal es brindar un
conocimiento previo del sitio antes de realizar los estudios detallados para el
diseño final de los taludes o de las obras de estabilización. Deben orientarse
a verificar que no existen problemas geotécnicos mayores, fácilmente
detectables, que comprometan la seguridad del proyecto. Se incluyen en esta
categoría, los estudios geotécnicos solicitados como parte de la realización de
medidas de emergencia, y que se rcon el fin de
ejecutar un diseño geotécnico básico de obras destinadas a disminuir el nivel
de riesgo sobre un talud.
b. Estudios geotécnicos detallados: Estudios que deben generar y
aportar la información suficiente para concebir un modelo geotécnico que
permita realizar el diseño final de los taludes o de las obras de
estabilización. Su propósito es minimizar las incertidumbres del modelo
geotécnico establecido durante las etapas iniciales del proyecto. Como base de
los estudios geológicos/geotécnicos detallados, se debe utilizar la información
generada durante la etapa de estudios preliminares (resultados de las
investigaciones e instrumentación colocada durante dicha etapa).
c. Estudios geotécnicos de comprobación durante la ejecución de la
obra: Si el profesional responsable lo considera necesario, se podrán
ejecutar estudios geotécnicos de comprobación durante la etapa de realización
de las obras de estabilización o de construcción del talud. Estos estudios
tienen como fin principal, validar las premisas y las recomendaciones de
diseño, o en su defecto, realizar cambios al diseño oportunamente durante la
construcción de acuerdo con las evidencias observadas durante el proceso.
4.3 Investigación de
campo
a. La investigación de campo debe cumplir con el objetivo de minimizar
la incertidumbre del modelo geotécnico con el que se realizan los análisis de
estabilidad del talud o ladera.
b. Las investigaciones de campo se pueden dividir de las siguientes
categorías:
- Métodos de investigación directos: se incluyen las perforaciones de
investigación así como los ensayos de campo y laboratorio.
- Métodos de investigación indirectos: prospecciones geofísicas.
c. Las perforaciones o sondeos de investigación se deben realizar con
carácter obligatorio y tienen como objetivo definir entre otros el perfil
estratigráfico, la posición del nivel freático (si existiera) y para recuperar
muestras representativas de los diferentes estratos. El método de perforación,
la cantidad y profundidad de las prospecciones dependen del tipo de material y
de las dimensiones del talud en estudio. Conviene que los sondeos se realicen
con la recuperación de muestras, preferiblemente inalteradas y, de ser posible,
con perforación en seco, al menos en las cercanías de las posibles superficies
de deslizamiento. La definición del diámetro de la perforación podría tomar en
cuenta, además, la posibilidad de instalar, posteriormente, instrumentación de
vigilancia y auscultación (e.g. piezómetros, inclinómentros, etc.)
d. Los ensayos de campo tienen como objetivo determinar los parámetros
de resistencia y deformabilidad del terreno. Los
estándares más utilizados para llevar a cabo los ensayos de campo en suelos,
son los definidos en las normas ASTM, mientras que en rocas, se aplican tanto
estas normas como los métodos sugeridos por la Sociedad Internacional de
Mecánica de Rocas. En el
e. Apéndice 2 puede encontrarse el detalle de las normas y
métodos sugeridos para los ensayos de campo usualmente utilizados durante la
investigación geotécnica de taludes.
f. Los métodos de investigación geofísica constituyen un apoyo a los
métodos directos para la definición del modelo geotécnico, pero bajo ninguna
circunstancia los sustituyen. Los estándares para llevar a cabo los métodos de
investigación geofísica también están definidos en las normas ASTM. En el
g. Apéndice 2 se detallan las normas sugerids
para la investigación geofísica en los taludes.
4.4 Investigación de
laboratorio
a. El objetivo de los ensayos de laboratorio es el de caracterizar desde
el punto de vista físico y mecánico, los materiales que conforma el terreno de
un talud o ladera.
b. Las muestras seleccionadas para realizar los ensayos de laboratorio
deben ser representativas de las unidades geológicas definidas en el modelo
geológico-geotécnico. Se debe prestar atención especial a la superficie de
falla o a la unidad que tiene mayor probabilidad de generar una superficie de
ruptura, o que posee una superficie o tendencia
preferencial favorable a una ruptura potencial.
c. Con el fin de realizar el muestreo de forma representativa, se debe
identificar si los materiales presentes en la zona de estudio poseen algún tipo
de anisotropía en sus propiedades de resistencia, deformabilidad
o de sus condiciones geológicas particulares, como por ejemplo fallas,
diaclasas, zonas alteración hidrotermal, flujo hidrodinámico, entre otras.
d. Las muestras recolectadas deben ser empacadas y manipuladas
adecuadamente, con el fin de preservar las condiciones del terreno natural que
se está estudiando (ASTM D4220). Se debe evitar que las muestras se contaminen
de materiales diferentes al que se desea ensayar o que cambien su condición de
humedad natural.
e. Los ensayos se pueden realizar con muestras alteradas o con muestras
inalteradas, pero por medio de un procedimiento adecuado que refleje las
condiciones del terreno y del tipo de falla posible para el talud en cuestión.
f. Las muestras alteradas son aquellas que han sido sometidas a la
destrucción parcial o total de la estructura original y humedad con las que se
encontraba en el terreno. Para su recolección, resulta suficiente el uso de
piquetas, palas, muestreadores mecánicos,
perforaciones con auger o perforaciones a percusión.
Se deben utilizar únicamente en la ejecución de ensayos de caracterización del
terreno.
g. Las muestras inalteradas son las que buscan preservar la estructura y
humedad originales del terreno. En suelos son recolectadas idealmente mediante
bloques, o en su defecto por medio de muestreadores
especiales tipo pared delgada (ASTM D1587) o similares. En el Apéndice 3 pueden
encontrarse los ensayos de laboratorio usualmente utilizados durante la
investigación geotécnica de taludes. Estas muestras deberán conservarse en un
almacén adecuado durante un plazo suficiente, para permitir la realización de
nuevos ensayos o verificaciones hasta la finalización del proyecto, obra, o el
plazo que la actuación requiera.
5 Análisis de
Taludes y Laderas
Una vez definida la geometría del talud y el modelo geotécnico, el
profesional responsable debe seleccionar la metodología de análisis que mejor
se adapte a las condiciones de falla esperadas en el talud. En este capítulo se
presenta una lista de los procesos de falla característicos, que pueden ocurrir
en taludes o laderas conformados tanto en suelos como en rocas.
5.1 Identificación y
caracterización del proceso de inestabilidad
a. Con base en la investigación, el profesional responsable debe
determinar si existe una superficie de ruptura que pudiese afectar al talud, la
cual debe ser incluida dentro del modelo geotécnico para el análisis de la
estabilidad.
b. De no existir una superficie de ruptura previa o potencial, el
profesional responsable debe definir cuáles son los mecanismos de falla
posibles para el talud. A continuación se presenta una guía que ilustra los
diferentes procesos de inestabilidad que pueden afectar a los taludes y
laderas.
5.1.1 Procesos de
inestabilidad en suelos
a. Falla por resistencia al corte: Involucra el desplazamiento
relativo de una porción del talud con respecto a la masa adyacente.
Convencionalmente, con el fin de realizar los análisis de estabilidad, se
supone que la falla se produce a lo largo de una superficie discreta, aun y
cuando el movimiento se pueda presentar en una zona o estrato de espesor
considerable. Los tipos de falla por resistencia al corte son: (a) Falla
rotacional, (b) Falla traslacional y (c) Falla
compuesta.
b. Deformación excesiva: La deformación en un talud se considera
excesiva cuando compromete la condición de servicio de la obra. Las
deformaciones en un talud se pueden presentar por el fenómeno de consolidación
en rellenos cohesivos, por rotura de granos en rellenos granulares de gran
altura, cuando sucede un sismo, por reptación (ver apartado 5.1.1 f), entre
otros.
c. Licuación: La licuación consiste en la reducción significativa
de la resistencia al corte y la rigidez del suelo, inducida por el incremento
en la presión hidrostática en los poros, a causa de una vibración, usualmente
causada por un sismo (cargas cíclicas). La licuación se presenta en suelos no
cohesivos (gravas sueltas, arenas sueltas y limos con finos de baja
plasticidad), saturados. Su estudio se encuentra fuera del alcance de este
documento y, para mayor detalle, consultar el CCCR.
d. Erosión: Los procesos de erosión (e,g,
laminar o concentrada –i.e. surcos, cárcavas-) suceden cuando el gradiente
hidráulico inducido por el agua en la superficie del talud es mayor al mínimo
para que se inicie el movimiento de las partículas de suelo.
e. Tubificación: También
conocida como erosión interna, se produce cuando el gradiente hidráulico,
inducido por el tránsito del agua dentro del cuerpo del talud o de un relleno,
es mayor al mínimo para que se inicie el movimiento de las partículas de suelo.
f. Reptación: Consiste en movimientos de muy lentos a
extremadamente lentos del suelo subsuperficial, sin
que se desarrolle una superficie de falla definida. En ocasiones, la reptación
puede preceder a movimientos más rápidos como por ejemplo los flujos o
deslizamientos (Suárez, 1998). Este proceso de inestabilidad puede provocar
problemas de deformación acumulada y eventualmente excesiva.
5.1.2 Procesos de
inestabilidad en roca
a. Falla por resistencia al corte: Involucra el desplazamiento
relativo de una porción del talud con respecto a la masa adyacente. Con el fin
de realizar los análisis de estabilidad, convencionalmente se asume que la
falla se produce a lo largo de una superficie discreta, aun cuando el
movimiento se pueda presentar en una zona o estrato de espesor considerable.
Los tipos de falla por resistencia al corte en las rocas son:
i. En roca muy fracturada (más de cuatro familias de discontinuidades):
falla rotacional, falla traslacional o falla
compuesta.
ii. En roca fracturada (de una a tres familias de discontinuidades):
falla en cuña o falla planar. b. Volcamiento y
caída de bloques: Proceso en el cual una masa rocosa se desprende de un
talud o ladera con pendiente empinada, generalmente sin que ocurra un
desplazamiento al corte, descendiendo la masa principalmente a través del aire
en caída libre, rebotando o rodando.
c. Mecanismo compuesto: Proceso en el que se presenta una capa de
material menos competente, intercalado con rocas de mayor calidad.
Eventualmente se produce en el material de menor calidad, una falla por
resistencia al corte que a su vez pueden provocar la inclinación, volcamiento o
caída de bloques.
5.2 Definición del
modelo geotécnico
a. Con base en la investigación desarrollada según los lineamentos
expuestos en los capítulos 3 y 4, se debe realizar un modelo geotécnico del
sitio de emplazamiento del talud o de la ladera.
b. El modelo geotécnico para el análisis de estabilidad del talud debe
incluir al menos lo siguiente:
i. La estratigrafía del subsuelo.
ii. La profundidad (o la posición) del nivel freático y sus variaciones
temporales.
iii. La posición de la superficie de ruptura (en caso de analizarse un
talud o ladera que presente evidencias de deslizamiento o donde ya se ha
producido una falla).
iv. Las propiedades físico – mecánicas de los diferentes tipos de
materiales encontrados. Su determinación debe contemplar las condiciones del
régimen de presión intersticial y su relación con los parámetros de resistencia
al corte, es decir en condiciones drenadas (largo plazo), condiciones de drenaje
parcial (plazo intermedio) y condiciones no drenadas (corto plazo) según
corresponda.
v. Los efectos recíprocos entre el terreno y las medidas de
estabilización propuestas.
c. El modelo geotécnico para el análisis o diseño del talud, debe
definir el criterio de ruptura que mejor se ajuste a las propiedades
físico-mecánicas obtenidas de los ensayos de resistencia realizados en el campo
y laboratorio.
d. Los criterios de ruptura comúnmente utilizados en el análisis de la estabilidad
de taludes en suelos son los siguientes: i) Mohr-Coulomb,
ii) Cam Clay, iii)
Hiperbólico y iv) Hardening Soil,
entre otros. Es responsabilidad del profesional responsable seleccionar el
criterio de ruptura que mejor se ajuste a las características del suelo y del
terreno analizado, con base en las investigaciones geológicas y geotécnicas
ejecutadas.
e. Para el caso de taludes rocosos se pueden utilizar los siguientes
criterios de ruptura para la roca intacta: i) Hoek-Brown,
ii) Mohr-Coulomb, iii) Bieniawski,
iv) Fairhurst, v) Hobb, vi)
Bodonyi vii) Franklin, viii) Ramamurthy,
ix) Johnston, x) Sheorey, xi) Yoshida,
xii) Von Mises, xiii) Tresca, xvi) Lade modificado, xv) Weibols-Cook
modificado y xvi) Drucker-Prager, xvii) Griffith, entre otros. Por otra parte, los criterios de
ruptura utilizados para calcular la resistencia de las discontinuidades del
macizo rocoso son: i) Mohr-Coulomb, ii) Barton-Bandis y iii) Hoek y
Brown. En la Tabla 12 se muestra una guía del uso de los criterios de ruptura
utilizados para analizar la estabilidad en macizos rocosos y los datos
necesarios para su aplicación.
Tabla 12. Criterios de ruptura en macizos rocosos y datos necesarios
para su aplicación (adaptado de González et. al., 2002)
|
Características
del macizo rocoso |
Ruptura a lo largo
de planos de discontinuidad |
Ruptura a través
de la roca intacta |
|
Macizo rocoso
masivo sin discontinuidades |
No es posible |
Hoek-Brown (mi para roca
intacta y s = 1) Mohr-Coulomb (c y _ para la
roca intacta) |
|
Macizo rocoso con
una o dos familias de discontinuidades |
Mohr-Coulomb (c y _ para la
discontinuidad) Barton-Bandis (JCS, JRC y _r
para la discontinuidad) |
Hoek-Brown (mi para roca
intacta y s = 1) Mohr-Coulomb (c y __para la
roca intacta) |
|
Macizo rocoso con
tres o más familias de discontinuidades |
Hoek-Brown (GSI, m, s y a
para el macizo rocoso) Mohr-Coulomb (c y l para el
macizo rocoso) |
No es posible |
La definición del modelo geotécnico, el conocimiento de las condiciones del
terreno y el control de calidad de los trabajos son más importantes que la
precisión de los métodos de análisis a utilizar.
5.3 Métodos de
análisis
Con base en la identificación de los procesos de inestabilidad que
pueden llegar a afectar un talud, el profesional responsable encargado del
estudio debe seleccionar el método de análisis que considere más adecuado para
estimar su grado de seguridad. A continuación se presenta como guía una breve
descripción de los métodos para estimar el desempeño de los taludes y laderas.
En la medida de lo posible se deberán aplicar los métodos sencillos más
intuitivos y posteriormente contrastarlos con otros métodos más sofisticados.
La utilización de métodos numéricos más complejos, no necesariamente significa
que se obtendrán mejores resultados.
5.3.1 Método de
equilibrio límite en dos dimensiones
Los métodos de equilibrio límite en dos dimensiones se utilizan en la
práctica geotécnica para investigar la estabilidad de una masa de suelo o roca
muy fracturada (fallas de tipo rotacional, traslacional
o compuesta), o en macizos rocosos poco fracturados que generalmente presenten
fallas de tipo planar. Estos métodos son
especialmente útiles para analizar la estabilidad de masas que tienden a
moverse por influencia de la gravedad. Consisten en la comparación de las
fuerzas, momentos, o tensiones que tienden a causar inestabilidad de la masa, y
aquellos que aportan resistencia.
Se analizan las secciones representativas en dos dimensiones y se asumen
condiciones de deformación plana. Estos métodos consideran que la resistencia
al corte de los materiales a lo largo de la superficie potencial de falla, se
rige por un criterio de ruptura lineal o no lineal entre la resistencia al
corte y el esfuerzo normal en la superficie de falla.
El análisis se realiza por medio del uso de un diagrama de cuerpo libre
del terreno, acotado inferiormente por una superficie supuesta o conocida de
deslizamiento (superficie de falla potencial de deslizamiento), y en la parte
superior por la superficie del terreno. Las condiciones para el equilibrio
estático de la masa del suelo se utilizan para calcular un factor de seguridad
con respecto a la resistencia al corte del terreno.
El análisis de equilibrio límite en dos dimensiones, asume que el factor
de seguridad es el mismo a lo largo de toda la superficie de deslizamiento. Un
valor del factor de seguridad superior a 1,0 indica que la capacidad excede la
demanda y que el talud es estable con respecto a la superficie de falla
analizada. Un valor de factor de seguridad menor a 1,0 indica que el talud es
inestable.
El método más común para el análisis de equilibrio límite es el de las
dovelas, donde el terreno, por encima de la superficie potencial de
deslizamiento, se divide en rebanadas verticales con el propósito de
simplificar el análisis. Se han desarrollado varias metodologías que utilizan
como base el método de las dovelas, las cuales pueden resultar en diferentes
valores de factor de seguridad debido a que: (a) emplean supuestos diferentes
para que el problema sea determinado estáticamente, y (b) algunas de las
metodologías no satisfacen todas las condiciones de equilibrio. Entre ellas se
incluyen los métodos de Bishop, Janbu,
Spencer, Morgensten & Price, Love
& Karafiath, Sarma,
entre otros.
5.3.2 Método de
equilibrio límite en tres dimensiones
Este método considera la geometría de la superficie de falla en tres
dimensiones. Al igual que el método de equilibrio límite en dos dimensiones, se
trata de resolver el problema de la estabilidad mediante supuestos que
garanticen la definición isostática del problema. Este método puede ser
utilizado para estimar la estabilidad de superficies de geometría arbitraria.
La mayoría de las técnicas desarrolladas no satisface todas las
condiciones de equilibrio estático en tres dimensiones y se carece de
metodologías generales para la localización de la superficie crítica de
deslizamiento.
5.3.3 Métodos
numéricos
Los métodos de análisis numérico (MEF: método de elementos finitos; MDF:
método de diferencias finitas) se utilizan en la práctica geotécnica para
estimar el estado de esfuerzos, las deformaciones y el flujo de agua en el
terreno.
El factor de seguridad de un talud no se puede estimar directamente
utilizando los métodos de análisis numérico. Sin embargo, el valor crítico del
factor de reducción de resistencia (SRF, por sus siglas en inglés) si
puede determinarse, aplicando el método de la reducción de la resistencia al
corte (SSR, por sus siglas en inglés), que es el análogo del factor de
seguridad obtenido mediante el método de equilibrio límite. Un buen complemento
de esta técnica es el análisis de equilibrio límite.
Los métodos de análisis numérico son de gran utilidad para el cálculo de
la magnitud y dirección de las deformaciones, y su uso es indispensable en el
análisis de presas y otros taludes especiales. Constituyen la técnica de
análisis ideal para estudiar la interacción terreno estructura y realizar
estudios del comportamiento dinámico de presa y los taludes de gran altura.
El uso de los métodos de análisis numérico, aplicados al estudio del
flujo del agua en el talud, permite la estimación de caudales, presiones de
poro y gradientes hidráulicos, entre otros.
5.3.4 Método de
análisis cinemático
El método de análisis cinemático tiene como objetivo identificar el tipo
de falla potencial en taludes rocosos fracturados.
Esta identificación se efectúa por medio del análisis estereográfico de
las estructuras geológicas presentes en el macizo rocoso, las cuales controlan
los procesos de inestabilidad.
Una vez identificado el proceso de inestabilidad, se debe proceder a
determinar el factor de seguridad. A continuación se detallan los tipos de
inestabilidad potenciales que pueden determinarse por medio del análisis
cinemático y el método correspondiente para encontrar el factor de seguridad:
i. Falla por deslizamiento planar: se analiza
mediante la metodología de equilibrio límite en dos dimensiones.
ii. Falla por deslizamiento de cuñas: se analiza por medio de la
metodología de equilibrio límite en tres dimensiones.
iii. Volcamiento de columnas y bloques: se analiza utilizando la
metodología de equilibrio límite en dos o tres dimensiones y considerando un
punto de pivote y la traslación del centro de gravedad de la masa inestable.
5.3.5 Métodos de
análisis probabilísticos
A diferencia del enfoque tradicional (determinístico), en donde todos
los parámetros utilizados en el análisis son constantes invariables y se
orientan normalmente a la consideración de peor escenario posible, el método
probabilístico para el análisis y diseño de taludes toma en cuenta la
incertidumbre asociada con respecto a: i) la determinación de los parámetros de
resistencia al corte, ii) la posición del nivel freático, iii) el coeficiente
sísmico seudoestático, iv) la geometría del talud y
v) cualquier otro parámetro relevante y pertinente que interviene en el cálculo
y modificaciones del factor de seguridad.
El método probabilístico se puede utilizar para complementar los
análisis determinísticos tradicionales, con poco esfuerzo adicional. Aunque no
es indispensable su uso para el análisis o diseño de taludes, este método
probabilístico proporciona al diseñador un medio para evaluar el grado de
incertidumbre asociado con el factor de seguridad, por eso es necesario
incentivar su uso.
5.3.6 Métodos de
análisis para estimar deformaciones durante sismos
Para evaluar las deformaciones que ocurren durante los sismos, se puede
utilizar el método de Newmark del bloque deslizante (Newmark, 1965), desarrollado originalmente para presas y
utilizado para la evaluación del comportamiento de laderas durante los sismos (Jibson, 1993). La metodología considera que el material
presente en la superficie de falla se plastifica y la masa delimitada sobre esta
superficie se desliza, presentando un comportamiento rígido durante un sismo.
5.3.7 Métodos de
análisis para evaluar la influencia de la licuación en la estabilidad de
taludes y laderas
Para evaluar el potencial de licuación durante los sismos y su influencia
en la estabilidad de los taludes y laderas, puede ser utilizado el método
retrospectivo expuesto por Ishihara, Yasudfa y Yoshida (1990), el
método del índice de severidad de licuación (LSI) desarrollado por Youd y Perkins (1987), el método
propuesto por Hamada, Yasuda e Isoyama
(1987), el método para obtener la resistencia residual obtenida de los ensayos
SPT y CPT, propuesto por Seed, Tokimatsu.
(1985), Youd e Idriss
(2001) o bien Idriss y Boulanger
(2004), entre otros.
5.3.8 Métodos de
análisis para evaluar la influencia de la erosión interna (tubificación)
en la estabilidad de taludes y laderas
La finalidad de los análisis de erosión interna es comprobar que el
gradiente hidráulico inducido en un talud, ladera o presa, no sobrepase el
valor máximo permisible definido como gradiente hidráulico crítico. El cálculo
del gradiente hidráulico con el que se realiza el análisis de la erosión
interna se puede llevar a cabo mediante la construcción de redes de flujo o por
medio del análisis con métodos numéricos (Artículo 5.3.3).
5. 4 Otros
procedimientos de análisis
A continuación se presentan otros procedimientos que se pueden utilizar
para el análisis de taludes y laderas. Estos se pueden complementar con los
métodos de análisis indicados en el apartado anterior.
5.4.1 Método de retroanálisis
En taludes o laderas donde ya han sucedido o están sucediendo
deslizamientos y existe información suficiente (geometría antes y después de la
falla, ubicación de nivel freático, entre otros), es posible y conveniente realizar
retroanálisis con el fin de estimar los parámetros de
resistencia representativos a lo largo del plano de falla. Como el talud ya ha
fallado, el factor de seguridad considerado en el retro-análisis debe ser
prácticamente igual a la unidad (1,0). Los parámetros obtenidos con este método
deben tomarse en cuenta en el diseño de las soluciones.
5.4.2 Método de
análisis por precedente
En algunos casos, para dimensionar taludes se puede utilizar el análisis
por precedente. Este método consiste en utilizar la geometría de taludes que
durante largo tiempo han demostrado ser estables en condiciones climáticas y
geológicas similares. El principal peligro de utilizar el diseño por precedente
surge cuando se extrapola a un ambiente con diferencias aun sutiles y que
pueden influir de manera significativa (Deere y Patton, 1971). Por lo tanto, este método se considera
válido solamente para realizar el dimensionamiento preliminar de taludes
durante las etapas de diseño conceptual y luego, durante las etapas posteriores
deberá ser complementado con otras metodología de análisis más rigurosas y
detalladas.
5.4.3 Método
observacional
El método observacional consiste en la aplicación de un proceso continuo
de análisis y evaluación, gestionado e integrado. Para su aplicación es
indispensable el uso de instrumentación, así como su control, monitoreo y
evaluación, que permitan realizar modificaciones previamente definidas. El
objetivo final del método observacional es lograr una mayor economía en
general, sin comprometer la seguridad (Terzaghi et
al., 1996).
5.4.4 Análisis de
flujos y avalanchas
El análisis de flujos y avalanchas implica la utilización de
herramientas tanto de la mecánica de suelos como de la mecánica de fluidos, por
lo general integradas utilizando métodos numéricos en dos o tres dimensiones, y
mediante la aplicación de modelos y la utilización de sistemas de información
geográfica para mostrar los resultados del análisis de escenarios. Por lo
anterior el análisis de este tipo de inestabilidades en taludes y laderas, está
fuera del alcance de esta normativa.
6 Sistemas de
protección y estabilización de taludes y laderas
La definición y decisión del tipo de protección y estabilización
utilizados en un talud o ladera, debe ser el resultado de la evaluación geotécnica
de la estabilidad. Para ellos se deberá tomar en cuenta, entre otros factores,
las dimensiones del talud, los modos de falla identificados o potenciales, la
disponibilidad de materiales para la construcción, la importancia y la vida
útil de la obra y los efectos sobre terceros (i.e. vidas humanas, economía,
ambiente, infraestructura, etc.).
En la selección de los sistemas de estabilización también deben tomarse
en cuenta la disponibilidad y el costo de los materiales, las necesidad de
obras temporales, la seguridad del personal, la logística, los tiempos de
construcción, las limitaciones de espacio en el sitio, las limitaciones por
impactos ambientales, la vida útil de la estructura y los costos y necesidades
de mantenimiento asociados.
Toda solución que se implemente para garantizar la estabilidad de un
talud o una ladera, debe ser verificada por el
profesional
responsable, utilizando como base un modelo geotécnico confiable, según los
lineamientos expuestos en el Artículo 5.2 y cumpliendo con el nivel de
seguridad, factores de seguridad mínimos y probabilidades definidos en el
Capítulo 2.
Es común que la solución óptima (en términos económicos y de seguridad)
para garantizar el adecuado funcionamiento de un talud, sea la combinación de
dos o más técnicas de protección o estabilización, especialmente en lo relativo
al drenaje.
En este capítulo se detallan algunos de los sistemas de protección y
estabilización utilizados en taludes excavados en suelo o en roca, sin
pretender que esto sea una guía de diseño, que podrán ser implementados de
acuerdo a la identificación de los mecanismos de falla.
6.1 Movimiento de
tierra
Los movimientos de tierra que se realizan con el fin de estabilizar
taludes, deben ejecutarse siguiendo los lineamientos establecidos en la
División 200 del Manual de especificaciones generales para la construcción
de carreteras, caminos y puentes (CR-2010). Todo movimiento de tierra
planteado como solución a un problema de estabilidad (remoción de material, adición de material o inclusión de
bermas), debe ser el resultado del análisis de estabilidad del talud o ladera
realizado sobre un modelo geotécnico confiable.
Además, y en caso que sea necesario, se recomienda realizar un
movimiento de tierra para eliminar los materiales que se han deslizado del pie
del talud o ladera. Se deberá verificar la estabilidad del talud resultante por
medio de un modelo geotécnico adecuado, con el objetivo de evitar agravamientos
de las condiciones de inestabilidad.
6.1.1 Inclusión de
bermas
La inclusión de bermas tiene como objetivos principales restringir la
extensión fallas del talud a una zona específica, reducir la energía cinética
de los bloques de roca que puedan caer al desprenderse del talud, servir para
colocar en ellas estructuras para el manejo de aguas y para permitir el
mantenimiento del talud o sus estructuras. Para incluir bermas en los taludes
es necesario disponer de un espacio adecuado en medio del talud. Debe prestarse
atención al hecho que las bermas pueden resultar perjudiciales, para la
estabilización de taludes conformados por materiales que poseen una alta
susceptibilidad a la degradación a lo largo tiempo, por lo que no se recomienda
su uso sin la aplicación de un adecuado tratamiento para prevenir los efectos
negativos de los agentes ambientales. Si se desea que las bermas proyectadas
sean transitables, se deberá disponer de puntos de acceso así como de anchos y
pendientes adecuados.
En general las bermas deberán tener una pendiente transversal hacia el
interior del talud, para evitar que tanto el agua como los posibles
desprendimientos superiores sean dirigidos hacia la parte inferior del mismo.
Además, se debe valorar la necesidad de disponer de una cuneta revestida en el
contacto de la berma con el pie del talud hacia arriba.
6.1.2 Rellenos al
pie y escolleras
Una forma simple de mejorar el factor de seguridad de un talud ya
construido o de una ladera, que presenta problemas de estabilidad, es mediante
la colocación de un relleno al pie (puede ser de tipo escollera), que
proporcione un empuje pasivo.
Este relleno también puede interceptar las posibles superficies de
deslizamiento mediante un pequeño empotramiento, lo que permite incrementar la
resistencia al corte a lo largo de la misma.
Este método es muy efectivo en deslizamientos no muy grandes de tipo
rotacional. Se requiere una cimentación competente para el material al pie del
talud. El material de relleno debe ser seleccionado especialmente para tal fin.
La cantidad de material a ser colocado debe ser definido con base en el análisis
de estabilidad.
6.1.3 Remoción de
material de la corona
Remover material de la parte superior de un talud o ladera puede
producir un equilibrio de fuerzas que genere un aumento en la estabilidad. La
eliminación de material es efectiva para aumentar el factor de seguridad de
masas de terreno inestables. En deslizamientos muy grandes, la masa de terreno
que debe eliminarse puede ser muy grande, lo cual aumenta los costos del
movimiento de tierras.
6.1.4 Remoción de
bloques inestables
Los bloques de roca con posibilidad de rodar y caer por un talud o
ladera, pueden ser identificados y eliminados, con lo cual se reduce la
amenaza. La eliminación puede ser realizada manualmente, mediante el uso de
voladuras controladas o utilizando medios mecánicos. Esta técnica puede ser
inadecuada en taludes rocosos muy fracturados o en taludes de gran altura.
6.2 Drenaje
En casi todos los problemas de inestabilidad de taludes y laderas suele
estar presente la intervención del agua, en una u otra forma. Por ello su
manejo adecuado es imprescindible, para evitar o resolver este tipo de
problemas, de modo que las medidas de drenaje casi siempre complementan las
demás acciones e, incluso en ocasiones, pueden ser por sí mismas suficientes
para garantizar o recuperar la estabilidad.
Las medidas que a continuación se indican, tienen el objetivo de captar
caudales indeseados o perjudiciales y conducirlos ordenadamente hacia puntos de
vertido alejados del problema. Por ello es especialmente importante que en
todos ellos que se respeten las siguientes reglas:
- Todos los sistemas de drenaje deben ser registrables, de manera que
pueda verificarse que recogen los caudales previstos y, por tanto, son
efectivos. Estos registros deberán permitir además la limpieza de
sedimentos y vegetación cuando sea necesario.
- Los sistemas de drenaje estarán conectados en su salida a un
sistema de evacuación mediante colectores, cunetas, etc. que alejen los
efluentes de los puntos problemáticos.
- Es primordial vigilar y verificar el funcionamiento de los sistemas
de drenaje tanto en la masa drenada como en los puntos de evacuación, pues
de no producirse la evacuación del agua, el efecto podría llegar a ser
incluso contraproducente al atraer y concentrar el agua al interior de las
masas cuyo drenaje intenta asegurarse.
6.2.1 Drenaje
superficial
Se incluyen en esta categoría las zanjas y los canales de drenaje. Las
estructuras de drenaje superficial pueden estar ubicadas en la coronación del
talud, en bermas intermedias, a mitad del talud o interceptando el agua y el
perímetro y fuera de la zona del talud.
El diseño del drenaje superficial debe incluir también el detalle de los
canales colectores, estructuras de disipación de energía, así como las medidas
de protección contra la erosión superficial, necesarias para garantizar la
estabilidad del talud y minimizar la cantidad de sedimentos que causen un
impacto ambiental negativo. Estas obras deben ser contempladas desde la etapa
de diseño del proyecto del talud.
Las estructuras utilizadas para el drenaje superficial de un talud deben
ser dimensionadas utilizando la información hidrológica disponible. Sin
embargo, en algunos casos puede ser necesario realizar un estudio hidrológico
específico. Para su construcción se deben seguir los lineamientos estipulados
en las divisiones 600 y 650 del CR-2010.
6.2.2 Subdrenaje
Los subdrenajes son zanjas excavadas a mano o
con retroexcavadora que se rellenans con material drenante y para el transporte del agua. Usualmente se
utilizan para evitar la generación de presiones de agua en los muros de
contención, así como para abatir el nivel freático en taludes con la
consecuente reducción en la presión de poro, mejorando así la estabilidad ante
el deslizamiento.
En el diseño y construcción de los subdrenajes
se deben seguir los lineamientos dados en el apartado 6.5.2 del CCCR y en las
divisiones 600 y 650 del CR-2010.
6.2.3 Drenaje
profundo
En esta categoría de drenaje se encuentran las perforaciones realizadas
desde el pie del talud o desde las bermas, los pozos y las galerías de drenaje.
Su objetivo principal es abatir el nivel freático en procura de la disminución
de la presión de poros y la consecuente mejora en la estabilidad de los
taludes. Su dimensionamiento se debe realizar utilizando la información
geológica, hidrogeológica y geotécnica del sitio de estudio.
Generalmente se propone para su diseño, un patrón sistemático de
perforaciones, el cual se debe optimizar con base en las condiciones de campo
que se encontraron durante la etapa de construcción.
El diseño de los drenajes profundos en taludes rocosos fracturados debe
estar enfocado a interceptar la mayor cantidad posible de discontinuidades.
En el diseño de los drenajes profundos se debe verificar que el
gradiente crítico del material no sea superado y que los finos presentes en el
terreno, no sean arrastrados por el agua. Para esto, los drenajes deben ser
protegidos mediante el uso de materiales granulares o geosintéticos
que cumplan con las leyes de filtros.
Se deben realizar medidas de caudal a la salida de los drenajes con el
fin de verificar su eficiencia. La periodicidad de las medidas debe ser
definida por el profesional responsable, según las condiciones del proyecto.
6.3 Muros
El dimensionamiento de cualquier tipo de muros debe garantizar la
estabilidad al volcamiento, deslizamiento y capacidad de carga de la
cimentación según lo expuesto en el Capítulo 6 del CCCR. La línea de acción de
los esfuerzos resultantes sobre la estructura debe ubicarse en el tercio central
de la base, de lo contrario, el profesional encargado del diseño deberá
justificar adecuadamente el caso.
El mayor riesgo para la estabilidad de un muro de contención es la
presencia de presiones de agua en su trasdós o su pie, lo que reduce notablemente
su seguridad. Por ello es imprescindible acompañar cualquier estructura de
contención de las medidas de drenaje oportunas, incluso en el caso de que no se
haya detectado la presencia directa de agua durante los reconocimientos
previos.
6.3.1 Muros rígidos
6.3.1.1 Muros en
voladizo
Los muros en voladizo son estructuras que resisten esfuerzos de flexión,
y en su mayoría utiliza parte del peso propio del suelo que se apoya sobre su
base para garantizar su equilibrio. Usualmente se construyen con concreto
reforzado o mampostería reforzada.
Este tipo de muros requiere en general volúmenes de concreto menores en
alturas pequeñas cuando son comparados con los muros de gravedad, además
utilizan métodos convencionales de construcción, en los cuales la mayoría de
los maestros de construcción tienen experiencia suficiente.
Sin embargo los muros en voladizo requieren de una buena capacidad
soportante en la cimentación y la utilización de formaletas especiales. La
dificultad es que pueden volverse antieconómicos, para alturas muy grandes y
por ser livianos resultan inadecuados en muchos casos de estabilización de
deslizamientos de masas grandes de suelo Para su diseño y construcción se deben
seguir los lineamientos estipulados en la División 250 del CR-2010.
6.3.1.2 Muros de
gravedad
La estabilidad de estos muros se garantiza a través del peso propio de
la obra. Pueden ser de concreto convencional, concreto ciclópeo, rellenos
duros, mampostería, gaviones (según su geometría), entre otros.
Los muros de gravedad son en general, relativamente simples de
construir, requieren de bajos costos de mantenimiento, además de que pueden
adoptar diferentes geometrías y utilizarse con fines arquitectónicos.
Para su realización requieren una alta capacidad de soporte en la
cimentación. Excepto para el caso de los gaviones, se trata de estructuras
rígidas que no soportan deformaciones importantes y no son capaces de resistir
esfuerzos de flexión elevados.
6.3.2 Muros
flexibles
Los muros flexibles son estructuras cuya estabilidad se garantiza a
través del peso propio de la obra. Pueden construirse con gaviones, celosías,
llantas, entre otros materiales.
En general los muros flexibles son relativamente sencillos de construir
y soportan deformaciones importantes. Los muros de gaviones y celosía permiten
el alivio de las presiones de agua, siempre y cuando estén adecuadamente
drenados. Los muros de celosías pueden adoptar geometrías diferentes y
utilizarse con fines arquitectónicos. Los muros de llantas ayudan con el
reciclaje de materiales de desecho poco biodegradables.
El uso de muros de celosías se ve limitado porque requieren material
granular drenante y, además, la compactación del
material de relleno es difícil dentro y cerca de las celosías. Los muros de
llantas por su parte son susceptibles al fuego y no existen procedimientos
confiables para su diseño.
En cuanto a los muros de gaviones, requieren cantos o bloques de roca
sana, los cuales pueden no estar disponibles en todos los sitios. Además,
utilizan mallas de acero galvanizado que puedan resistir la corrosión en
ambientes ácidos. Para el diseño y construcción de muros de gaviones se deben
seguir los lineamientos estipulados en la División 250, Secciones 253 y 257 del
CR-2010.
6.3.3 Muros de suelo
reforzado
Estos muros son estructuras donde se colocan elementos de refuerzo
directamente en el interior del terreno, para aumentar su resistencia a los
esfuerzos de tensión y cortante. Estos elementos pueden ser de acero galvanizado
(tiras metálicas), geosintéticos, columnas de suelo
mejorado con material cementante, entre otros que trabajen en conjunto con el
terreno.
Son relativamente fáciles de construir, se adaptan fácilmente a la
topografía existente y generalmente utilizan el suelo como elemento principal
de construcción, aunque algunos muros de este tipo requieren materiales
selectos para su construcción. Dependiendo del tipo de refuerzo del muro,
pueden ser construidos sobre cimentaciones débiles y toleran deformaciones y asentamientos
diferenciales del terreno elevados, además de ser fáciles de demoler o reparar.
En ocasiones dependiendo del tipo de muro (refuerzo del muro), se puede
requerir de un material de cimentación competente. Los muros de suelo reforzado
requieren un espacio de construcción superior a cualquier otra estructura de
contención.
Se debe demostrar en el diseño, que los esfuerzos que actúan sobre los
elementos de refuerzo no sobrepasan su capacidad de trabajo. Para su diseño y
construcción se deben seguir los lineamientos estipulados en la División 250,
Sección 255 del CR-2010.
6.5 Estructuras
ancladas
La estabilidad de estas estructuras se garantiza por medio de anclajes
que transfieren las cargas al terreno o a estructuras específicas de anclaje.
Los elementos de anclajes pueden ser de tipo pasivo (usualmente barras de acero
embebidas en lechada) o activos (tirantes o tendones de acero de alta
resistencia a la tensión, pretensados, con un bulbo que transmite las cargas al
terreno).
La estructura puede ser continua, en cuadrícula o placas individuales.
Para su construcción se utiliza concreto lanzado reforzado o sin reforzar,
concreto convencional reforzado o sin reforzar, placas de acero o mallas de
acero de alta resistencia, entre otros.
Son útiles como estructuras de contención, en masas de suelo de tamaño
pequeño a mediano, estabilización de bloques de roca, estabilización de cuñas
de roca, estabilización de fallas de tipo planar en
roca, entre otros. Como desventajas en el uso de estructuras ancladas para la
estabilización de taludes, se pueden mencionar la necesidad de equipos
especializados para su ejecución, además de su alto costo de construcción y, en
algunas ocasiones, de mantenimiento.
Para su diseño y construcción se deben seguir, como mínimo, los lineamientos
estipulados en la División 250, Secciones 256, 257, 259 y 261 del CR-2010 o en
los manuales de diseño de la FHWA.
6.5 Estructuras
enterradas
6.5.1 Tablestacas
Las tablestacas son estructuras de contención constituida por medio de
elementos prefabricados, usualmente de acero, que se hincan en el terreno. Su
construcción es rápida y no requiere de excavaciones previas, por lo que se
utilizan frecuentemente para la estabilización de cortes a la orilla de cuerpos
de agua o ríos. Combinando el uso de tablestacas y anclajes se consigue
estabilizar cortes con alturas mayores. La desventaja principal de las
tablestacas la constituye su método constructivo, pues por ser hincadas en el
terreno, no pueden construirse en sitios con presencia de bloques o en roca.
6.5.2 Pilotes
Existen de dos tipos según su método de construcción: hincados o preexcavados. Son estructuras de concreto reforzado, acero
o madera, efectivos en la estabilización de movimientos de masa poco profundos,
donde existe suelo competente debajo de la superficie de falla que permita
soportar los pilotes. Los pilotes no requieren movimiento de tierras para su
construcción, la estabilidad del talud se afecta muy poco durante su
construcción y su eficiencia mejora si se anclan en la cabeza.
Los pilotes deben diseñarse geotécnica y estructuralmente para soportar
carga lateral, además debe garantizarse una profundidad de empotramiento
adecuada. Generalmente se coloca más de una fila y requieren de vigas cabezales
y arriostre para su interconexión.
Su uso es poco eficiente en deslizamientos profundos de tipo rotacional,
pues se puede llegar a requerir de un gran número de pilotes, fuertemente
armados y de longitud importantes, costosos por lo tanto, para estabilizar el
movimiento de la masa.
6.5.3 Pilas
Las pilas son elementos de concreto reforzado, que deben pasar a través
de la superficie de falla y se entierran en roca o suelo competente. El anclaje
en el estrato competente genera una resistencia lateral de capacidad de
soporte, permitiendo a la pila desarrollar una fuerza que se opone al
movimiento del deslizamiento. Tienen la ventaja de que no se requiere cortar el
talud antes de construirlas, utilizan sistemas convencionales de construcción,
pueden ejecutarse en sitios de difícil acceso y también pueden ser construidas
varias pilas simultáneamente.
Deben diseñarse geotécnica y estructuralmente para soportar carga
lateral, además debe garantizarse una profundidad de empotramiento adecuada.
Normalmente se coloca más de una fila y requieren de vigas cabezales y
arriostre para su interconexión.
Entre las desventajas del uso de pilas como elementos de estabilización
se encuentran su elevado costo, dado que hay que profundizar muy por debajo del
pie de la excavación y además, se requiere de bombeo para el control del nivel
freático durante su construcción.
6.6 Revestimiento de
taludes
El revestimiento de taludes contribuye principalmente con el control de
la erosión superficial. Para llevar a cabo este proceso se deben seguir los
lineamientos estipulados en las divisiones 150 y 600 del CR-2010.
Los taludes excavados en suelo se pueden revestir con concreto
hidráulico, geotextiles, adoquines, mampostería de bloques de concreto, piedra
labrada, piedra sin labrar o bloques celulares de concreto. En general, el
efecto sobre la estabilidad general del talud de los métodos anteriormente
citados es muy bajo.
La vegetación en los taludes, que incluye la utilización de árboles y
arbustos de raíz profunda, puede aportar una resistencia cohesiva a los mantos
de suelo más superficiales, facilitando el drenaje subterráneo y reduciendo la
probabilidad de deslizamientos poco profundos.
Los taludes excavados en roca pueden revestirse con concreto lanzado
(con o sin refuerzo), el cual puede absorber los esfuerzos desarrollados por la
roca, previniendo la apertura de nuevas fisuras o discontinuidades nuevas,
reduciendo la posibilidad de desprendimientos y evitando que ocurra el
deterioro de la superficie de roca expuesta a los agentes ambientales y el intemperismo.
6.7 Barreras y
estructuras de impacto
El principal objetivo de estas barreras y estructuras es reducir la
energía cinética de los bloques de roca que tengan el potencial de caer por el
talud. Su dimensionamiento debe hacerse por medio de métodos numéricos que
simulen la energía y trayectoria de los bloques de roca que caigan por el
talud. Los tipos de barreras y estructuras de impacto más comúnmente utilizada
son:
i. Muros rígidos de impacto: Se trata de estructuras rígidas
construidas con el fin de detener bloques de roca o flujo de detritos. Son
barreras que utilizan muros de concreto simple, concreto armado, concreto
ciclópeo, gaviones, bloques de roca o suelo reforzado. Los muros interceptores
se utilizan como una barrera que suspende el proceso de ruedo o salto de
bloques de roca e impide que estos alcancen la vía o estructura que se requiere
proteger. Los muros de concreto y los de gaviones son muy vulnerables y pueden
ser destruidos fácilmente por el impacto de los bloques. Pueden construirse en
conjunto con trincheras de amortiguación para aumentar su capacidad de
intercepción y almacenamiento de bloques.
ii. Barreras flexibles: Es un sistema de componentes (malla de
acero y anclajes) que se coloca sobre la superficie del talud, con capacidad
para absorber la energía cinética desarrollada por los desprendimientos de
bloques de roca o flujos de detritos. La capacidad para absorber energía de las
barreras flexibles depende de la resistencia mecánica de los elementos
constitutivos, de sus características esfuerzo-deformación y de la estabilidad
general del sistema
iii. Trincheras de amortiguamiento: Se construyen con el fin de
impedir que la caída de bloques de roca afecten una vía de transporte. Representa
una solución muy efectiva cuando existe espacio adecuado para su construcción.
Se requiere diseñar el ancho, profundidad, pendiente y capacidad de
almacenamiento de la trinchera. El ancho y profundidad de las trincheras están
relacionados con la altura y la pendiente del talud y la estimación de la
energía cinética de los bloques que caerán.
iv. Túneles falsos de concreto estructural: Estructuras de
concreto armado con un relleno para amortiguar el impacto de los bloques,
inclinadas a una determinada pendiente para permitir el paso de los caídos,
flujos y avalanchas sobre ellas. Generalmente, son obras muy costosas y su uso
se limita a sitios donde otras formas de estabilización no son efectivas y
cuando los problemas son lo suficientemente graves para justificar la inversión
económica.
El diseño de estas obras de contención y control de bloques caídos debe
ser realizado por un especialista en geotecnia y con experiencia en este tipo
de soluciones.
7 Instrumentación e
inspección geotécnica para taludes y laderas
La instrumentación geotécnica consiste en sistemas de monitoreo y
alerta, que se utilizan con el fin de corroborar el modelo geotécnico de un
talud o ladera, la detección de anomalías y para la protección de vidas, la
infraestructura, las inversiones y el ambiente. No evitan por sí solos la
inestabilidad de un talud o ladera, pero son elementos de gran importancia para
la obtención de datos cuyo fin es hacer análisis retrospectivos o de
comprobación, así como para la toma de decisiones en la gestión de riesgo por
deslizamientos en zonas susceptibles.
Instrumentación
geotécnica7.1
a. Las situaciones típicas en las que se requiere de la instrumentación
geotécnica de un talud o ladera son las siguientes:
i. Determinación de la profundidad y forma de la superficie de falla de
un deslizamiento activo.
ii. Determinación de los movimientos verticales y horizontales dentro de
una masa en proceso de deslizamiento.
iii. Determinación de la tasa de deslizamiento y definición de una tasa
de deslizamiento que amerite una alarma.
iv. Monitoreo de la estabilidad y las deformaciones alrededor de zonas
donde se ejecutan cortes o rellenos.
v. Monitoreo de los niveles de agua subterránea o presiones de poro y su
correlación con la actividad del deslizamiento.
vi. Colocación de sistemas de medidores y comunicación a sistemas de
alerta, alarma, advertencia y respuesta ante la amenaza de la inestabilidad de
laderas y taludes.
vii. Monitoreo y evaluación de la efectividad de los diferentes sistemas
de estabilización o control instalados viii. Medición de la presión lateral del
suelo y de los esfuerzos en los elementos de soporte.
ix. Verificación de las premisas de diseño durante la etapa constructiva
y de operación, donde el material muestra sus características o propiedades reales,
incluyendo su comportamiento ante las condiciones de trabajo y de cargas
temporales (e.g. sismo, lluvia, sobrecargas).
b. La comprobación de las premisas de diseño debe entenderse como una
necesidad implícita del proceso de exploración geotécnica, evaluación y diseño
geotécnico, el cual se basa en sondeos aislados, puntuales, a los que les fue
asignada un área de influencia, con sus respectivas propiedades,
características y parámetros físico-mecánicos.
c. En áreas propensas a deslizamientos, se deben diseñar sistemas de
alerta, advertencia, alarma y respuesta, que, además de la instrumentación de
los taludes y laderas, deben incluir procesos de información a los tomadores de
decisiones y a las comunidades, que podría verse afectadas por un posible evento.
d. La instrumentación de un talud o ladera debe ser definida por el
profesional responsable con base en el nivel de riesgo de pérdida de vidas
humanas, pérdidas económicas o perdidas ambientales según lo definido en la
Tabla 1 y la Tabla 2 del Artículo 2.1 y la complejidad geotécnica del sitio
estudiado según lo estipulado en el Artículo 4.1.3. En la Tabla 13 se muestran
las clases de instrumentación para taludes y laderas, tomando como base los
aspectos de riesgo y complejidad geotécnica.
Tabla 13. Clases de
instrumentación en taludes y laderas
|
Nivel de riesgo |
Complejidad geotécnica |
||
|
|
Baja |
Media |
Alta |
|
Bajo |
A |
A |
B |
|
Medio |
B |
B |
C |
|
Alto |
C |
C |
C |
e. Los requisitos definidos en la Tabla 13, para cada una de las clases
de instrumentación, son los siguientes:
i. Clase A: La instrumentación se considera opcional, debe
utilizarse cuando el profesional responsable lo considere necesario.
ii. Clase B: Es recomendable la instalación de instrumentos que
aporten datos relevantes y que permitan garantizar y verificar la estabilidad o
inestabilidad de los taludes y laderas.
iii. Clase C: La instrumentación en los taludes y laderas se
considera obligatoria. Igualmente se considera obligatoria la instrumentación
en las presas.
f. Las medidas de los instrumentos colocados como parte del proceso de
instrumentación de un talud o ladera deben ser interpretadas por un profesional
experimentado.
g. La periodicidad de las medidas de instrumentación debe ser definida
por el profesional responsable, con base en el modelo geotécnico del talud o
ladera y de acuerdo con las necesidades específicas del caso (i.e. comprobación
de diseño, sistema de alerta, advertencia, alarma-respuesta, entre otros).
h. Las eventuales anomalías que puedan detectarse a lo largo del
seguimiento de la evolución de datos que ofrece instrumentación, tales como
desplazamientos o cargas excesivas, niveles de agua o caudales de agua muy
elevados o instrumentos dañados sin posibilidad de realizar la lectura, deben
ser inmediatamente comunicadas al dueño de la obra o a los entes
gubernamentales competentes en la gestión del riesgo.
Los instrumentos seleccionados para la auscultación de una ladera o
talud, así como el sistema de gestión de los datos que se deriven de ellos,
deben satisfacer unos requisitos mínimos que avalen su utilidad, como por
ejemplo los que siguen:
- Las lecturas y mediciones deben ser magnitudes cuantificables.
- Se deben poder modelizar e introducir en los esquemas de cálculo y
comprobación, así como para obtener los valores de referencia:
- Valores previstos
- Rango de variación
- Valores límite para guiar el sistema de alerta,
advertencia-alarma-respuesta
- Es importante poder definir comportamientos a través de varias
magnitudes para contrastar resultados.
- La comparación de los valores previstos durante la fase de diseño
de la instrumentación, con los obtenidos durante la auscultación, debe
permitir la verificación del diseño y, en caso necesario, su modificación,
con el objeto de adaptar las previsiones del proyecto a la realidad.
- Previamente a la instalación de la instrumentación y a la obtención
de los datos y resultados, se debe redactar el procedimiento de actuación
(i.e. protocolo) para el caso de que sean detectados valores superiores a
los límites establecidos.
7.2 Tipo de
instrumentación
a. El profesional responsable es el encargado de definir el tipo de
medición requerida, el tipo de instrumento que mejor se adapte a las
necesidades del talud o ladera por estudiar, la ubicación, la profundidad,
método de instalación, metodología de medición e interpretación y la
presentación de los datos e información recopilados a partir de la
instrumentación colocada.
b. Los instrumentos normalmente utilizados y sus aplicaciones son los
siguientes:
i. Control de desplazamientos en profundidad por medio de inclinómetros. Los inclinómetros
deben sobrepasar la profundidad del supuesto plano de ruptura y movimiento del
terreno.
ii. Localización de la superficie de falla utilizando reflectometría (TDR). El cable colocado debe sobrepasar la
profundidad del supuesto plano de ruptura y movimiento del terreno.
iii. Control de movimientos superficiales horizontales y verticales
(inclinación y desplazamientos) a través de marcos superficiales, con control
topográfico de precisión y a partir de bases localizadas fuera del área sujeta
a desplazamientos.
iv. Control de desplazamientos superficiales por medio de extensómetros
verticales y horizontales, de tipo barra o magnéticos.
v. Control de giros y rotaciones utilizando girómetros.
vi. Control de abertura de fracturas, juntas, grietas o fisuras,
mediante la instalación de puntos de control, medidores de grietas, mediciones
con cinta de acero invar, sellos u otros dispositivos.
vii. Medición de cargas (i.e. esfuerzo) actuantes en anclajes activos o
pasivos a través de celdas de carga, medidores de deformación eléctricos o
conjunto bomba/martillo hidráulico.
viii. Medición de presiones actuantes en estructuras de contención por
medio de celdas de carga.
ix. Medición de la presión de poros mediante la instalación de
piezómetros abiertos, de cuerda vibrante, neumáticos o de fibra óptica.
x. Medición de caudales de agua drenada por los dispositivos, subhorizontales, pozos y galerías de drenaje.
xi. Medición de la precipitación a través de la instalación de
estaciones meteorológicas que incluyan pluviómetros y, perferiblemente,
pluviógrafos.
xii. Medición de aceleraciones mediante la instalación de acelerógrafos.
c. Otros tipos de instrumentos pueden ser utilizados, siempre y cuando
atiendan las necesidades del proyecto. Todos los instrumentos instalados para
la observación, vigilancia y auscultación, deben ser protegidos contra posibles
actos de vandalismo y deterioro por exposición a la intemperie.
En la selección de los tipos de aparatos de medida, su número y
ubicación, deben tenerse en cuenta, al menos, los aspectos siguientes:
·
Fundamento físico en que se basan
·
Robustez, fiabilidad, precisión y tolerancias admisibles
·
Rango de medidas
·
Limitaciones de emplazamiento y seguimiento
·
Conveniencia de ubicarlos en secciones representativas de las obras que
permitan su correlación
·
Interferencias con las obras o estructuras
Los equipos deben ser plenamente accesibles para los técnicos de
seguimiento incluso en condiciones climáticas desfavorables, y deben estar
protegidos del vandalismo e intemperie, mediante arquetas y otros dispositivos
adecuados.
Se debe valorar especialmente la posibilidad de pérdida del equipo. Ello
es especialmente frecuente en el estudio de movimientos activos, lo cual
provoca, aparte de la pérdida económica, la interrupción de la información lo
cual podría ocurrir incluso en el momento más crítico. También suele producirse
accidentalmente durante la ejecución de las obras, por lo que se pierde la
posibilidad de contrastar los resultados previstos.
Una recomendación usual, aunque pueda parecer excesiva, consiste en
duplicar el número de equipos imprescindibles.
8 Referencias
8.1 Normativas
nacionales
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ASCE, 111(12):1425-1445.
Suárez, J. (1998). Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas
tropicales. Instituto de Investigaciones sobre Erosión y Deslizamiento.
Bucaramanga, Colombia.
Suárez, J. (2001). Control de erosión en zonas tropicales. Instituto de
Investigaciones sobre Erosión y Deslizamiento. Bucaramanga, Colombia.
Suárez, J. Deslizamientos. Tomo I: Análisis geotécnico. Libro en formato
digital disponible en la página web:http://www.erosion.com.co.
Descarga el día 08/09/2014.
Suárez, J. Deslizamientos. Tomo II: Técnicas de remediación. Libro en
formato digital disponible en la página web:http://www.erosion.com.co.
Descarga el día 08/09/2014.
Terzaghi, K., Peck, R.B., Mesri, G. (1996). Soil mechanics in engineering practice. John Wiley & Sons, Inc. New
York, USA.
Youd,
T.L., Perkins, D.M. (1987). Mapping of liquefaction severity index. J. Geotech. Eng. ASTM,
113:1374-1392.
Apéndice 1
PLANTILLA – REPORTE DE INSPECCIÓN PRELIMINAR
Apéndice 2
ENSAYOS DE CAMPO
En la Tabla 14, a modo de guía, se indican algunos ensayos de campo
directos aplicables en suelos, mientras que en la Tabla 15 se incluyen algunos
ensayos de campo aplicables al estudio de las rocas. En ambas tablas se
presentan los objetivos de la realización de cada uno de los ensayos
geotécnicos.
Adicionalmente a los ensayos de campo directos, pueden ser utilizados
métodos de prospección geofísica. Este tipo de prospección, los cuales deben
ser realizados por un profesional experimentado y calificado, constituye un
apoyo importante a los ensayos de campo directos en la definición del modelo
geotécnico, pero bajo ninguna circunstancia los sustituyen.
Los estándares para aplicar los métodos de investigación geofísica se
pueden consultar en las normas ASTM. Se presenta la Tabla 16 como guía donde se
indican algunos métodos de investigación geofísica.
Tabla 14. Tipos de ensayos de campo en suelos y sus objetivos
principales
|
Propiedad |
Ensayo |
Designación ASTM |
Objetivo principal |
|
Descripción |
Descripción e
identificación de suelos |
D2488 |
|
|
Resistencia |
SPT Cono estático Veleta DMT |
D1586 D3441 D2573 D6635 |
|
|
Deformabilidad |
Placa rígida Presiómetro Menard Presiómetro TEXAM Presiómetro Pencel Presiómetro Probex DMT SDMT |
D1194 D4719 D4719 D4719 D4719 D6635 D6635 |
|
|
Otros |
Densidad |
D5030 |
|
Tabla 15. Tipos de ensayos de campo en rocas y sus objetivos principales
|
Propiedad |
Ensayo |
Designación |
Objetivo principal |
|
Descripción |
Reporte geotécnico
básico para la
descripción de los macizos rocosos Descripción de discontinuidades
en macizos rocosos |
ISRM (1980) ISRM (1978) |
|
|
Resistencia |
Corte directo in
situ |
ISRM (1974) |
|
|
Deformabilidad |
Placa rígida Gato Goodman Gato plano |
ISRM (1979) ASTM D4729 ISRM (1986) |
|
Tabla 16. Métodos de investigación geofísica
|
Tipo de método |
Designación ASTM |
Objetivo principal |
|
Sísmica de
refracción |
D5777 |
|
|
Tomografía sísmica
(Crosshole) |
D4428 |
|
|
SASW (Spectral analysis of
surface waves) |
D6758 |
|
|
Resistividad
eléctrica |
D6431 |
|
Apéndice 3
ENSAYOS DE
LABORATORIO
Los estándares más utilizados para llevar a cabo estos ensayos de
laboratorio son los de las normas ASTM. Como guía se presenta la Tabla 17 donde
se indican algunos ensayos de laboratorio para suelos y la Tabla 18 donde se
indican algunos ensayos de laboratorio para rocas, en ambos casos se presentan
los objetivos de su ejecución.
Tabla 17. Tipos de ensayos de laboratorio en suelos y sus objetivos
principales
|
Propiedad |
Ensayo |
Designación ASTM |
Objetivo principal |
|
Clasificación |
Humedad natural Peso volumétrico Granulometría Límites de
consistencia |
D4959 D2216 D6913 / D422 D4318 |
|
|
Resistencia |
Compresión uniaxial Compresión triaxial Corte directo Veleta |
D2166 D4767 / D2850 D3080 D4648 |
compresión, al corte, calcular
la resistencia última a la falla. |
|
Deformabilidad, compresibilidad y expansión |
Deformabilidad Consolidación Expansión bajo
carga Expansión libre |
D7012 D2435 D4546 D2844 |
|
Tabla 18. Tipos de ensayos de laboratorio en rocas y objetivos
principales
|
Propiedad |
Ensayo |
Designación del
ensayo |
Objetivo principal |
|
Clasificación |
Humedad –
Porosidad – Densidad –
Absorción – Slake durability index Velocidad sónica |
ISRM (1979) ISRM (1978) |
|
|
Resistencia o deformabilidad |
Compresión uniaxial Compresión triaxial Resistencia a la
tracción Carga puntual Corte directo |
ISRM (1979) / ASTM
D7012 ISRM (1978) ASTM D3967 ISRM (1985) / ASTM
D5731 ISRM (1974) |
|
Rige a partir de su publicación en el Diario Oficial La Gaceta.