lecturas unidad iii - msapp

Programación para la "UNIDAD III" como parte del desarrollo del curso:

MECÁNICA DE SUELOS APLICADA A CIMENTACIÓN Y VÍAS DE TRANSPORTE. Evento Fecha (Octubre) Temas

Introducción 7 y 8

Entrega de notas de la unidad anterior. Indicaciones para un buen desempeño. Canal de difusión de las lecturas. Formación de grupos de trabajo. Programación del curso.

Sesión 1 14

Reserva del proyector multimedia: Grupo 01

Estabilidad de taludes infinitos sin infiltración.

Sesión 2 15


Estabilidad de taludes infinitos con infiltración.

Sesión 3 21


Taludes finitos.

Taludes en suelo arcilloso homogéneo con =O.

Taludes en suelo homogéneo con >O.

Sesión 4 22


Método simplificado de las dovelas de Bishop.

Sesión 5

28 Reserva del laboratorio de

computación: Grupo 05

Taller software estabilidad de taludes. Software STB.

Evaluación de la "UNIDAD III"

29 Diez preguntas conceptuales y dos ejercicios prácticos.

Presentación de informes grupales

procedimentales

29

Todos los grupos: Caso real de estabilidad de taludes que contiene:

- 01 foto del talud con todos los integrantes del grupo.

- El formato de “Inventory and Statistical Analysis of Landslides” llenado.

- La impresión del modelamiento del talud en el software SBT

CADA ASISTENCIA DURANTE LA "UNIDAD FORMATIVA III" EQUIVALE A 2.5 PUNTOS DE LA NOTA

(8 asistencias = Nota 20).

Las lecturas, el formato: “Inventory and Statistical Analysis of Landslides”, así como el software STB están disponibles en:

http://www.mediafire.com/folder/0x26cx8ocy8on/MSAPP

Consultas al e-mail: [email protected]

1

1 Caracterización de losmovimientos

1.1 INTRODUCCION

Los deslizamientos son uno de los procesos geológicos más destructivos que afectan a los humanos, causando miles de muertes y daño en las propiedades por valor de decenas de billones de dólares cada año (Brabb-1989); sin embargo, muy pocas personas son conscientes de su importancia. El 90% de las pérdidas por deslizamientos son evitables si el problema se identifica con anterioridad y se toman medidas de prevención o control.

Las zonas montañosas tropicales son muy susceptibles a sufrir problemas de deslizamientos de tierra debido a que generalmente, se reúnen cuatro de los elementos más importantes para su ocurrencia tales como son la topografía, sismicidad, meteorización y lluvias intensas. El presente texto intenta presentar un estado del arte en el análisis de deslizamientos de tierra en zonas tropicales y el diseño de obras de estabilización.

Previamente a la profundización en el estudio del comportamiento de los taludes en zonas tropicales, se requiere establecer una serie de pautas en lo referente a nomenclatura y clasificación. Para ello en la literatura se encuentran dos sistemas de clasificación propuestos por Hutchinson (1968) y por Varnes (1958 y 1978). Este último sistema fue actualizado por Cruden y Varnes en el “Special Report 247” del Transportation Research Board de los Estados Unidos (1996) y es el sistema que se utiliza en el presente texto; Sin embargo, a esta clasificación se agregaron algunos factores importantes, entre ellos la diferenciación entre los procesos de deterioro y los de deslizamiento, pero en términos generales se mantuvieron los principios básicos de la clasificación del Transportation Research Board.

1.2 NOMENCLATURA DE UN TALUD O LADERA

Un talud o ladera es una masa de tierra que no es plana sino que posee pendiente o cambios de altura significativos. En la literatura técnica se define como laderacuando su conformación actual tuvo como origen un proceso natural y talud cuando se conformó artificialmente (Figura 1.1).

Lecturas sesión 01

2 Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales

Las laderas que han permanecido estables por muchos años pueden fallar en forma imprevista debido a cambios topográficos, sismicidad, flujos de agua subterránea, cambios en la resistencia del suelo, meteorización o factores de tipo antrópico o natural que modifiquen su estado natural de estabilidad. Los taludes se pueden agrupar en tres categorías generales: Los terraplenes, los cortes de laderas naturales y los muros de contención. Además, se pueden presentar combinaciones de los diversos tipos de taludes y laderas.

Figura 1.1. Nomenclatura de taludes y laderas. En el talud o ladera se definen los siguientes elementos constitutivos: 1. Altura Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presenta claramente definida en taludes artificiales pero es complicada de cuantificar en las laderas debido a que el pie y la cabeza no son accidentes topográficos bien marcados. 2. Pie Corresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte inferior. 3. Cabeza o escarpe Se refiere al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte superior. 4. Altura de nivel freático Distancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de agua medida debajo de la cabeza. 5. Pendiente Es la medida de la inclinación del talud o ladera. Puede medirse en grados, en porcentaje o en relación m/1, en la cual m es la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia vertical. Ejemplo: Pendiente : 45o, 100%, o 1H:1V. Existen, además, otros factores topográficos que se requiere definir como son longitud, convexidad (vertical), curvatura (horizontal) y área de cuenca de drenaje, los cuales pueden tener influencia sobre el comportamiento geotécnico del talud.

Capítulo 1 Caracterización de movimientos 3

1.3 NOMENCLATURA DE LOS PROCESOS DE MOVIMIENTO Los procesos geotécnicos activos de los taludes y laderas corresponden generalmente, a movimientos hacia abajo y hacia afuera de los materiales que conforman un talud de roca, suelo natural o relleno, o una combinación de ellos. Los movimientos ocurren generalmente, a lo largo de superficies de falla, por caída libre, movimientos de masa, erosión o flujos. Algunos segmentos del talud o ladera pueden moverse hacia arriba, mientras otros se mueven hacia abajo.

Figura 1.2. Nomenclatura de un deslizamiento. En la figura 1.2 se muestra un deslizamiento o movimiento en masa típico, con sus diversas partes cuya nomenclatura es la siguiente: 1. Escarpe principal Corresponde a una superficie muy inclinada a lo largo de la periferia del área en movimiento, causado por el desplazamiento del material fuera del terreno original. La continuación de la superficie del escarpe dentro del material forma la superficie de falla. 2. Escarpe secundario Una superficie muy inclinada producida por desplazamientos diferenciales dentro de la masa que se mueve. 3. Cabeza Las partes superiores del material que se mueve a lo largo del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal. 4. Cima El punto más alto del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal. 5. Corona El material que se encuentra en el sitio, prácticamente inalterado y adyacente a la parte más alta del escarpe principal.


6. Superficie de falla Corresponde al área debajo del movimiento que delimita el volumen de material desplazado. El volumen de suelo debajo de la superficie de falla no se mueve. 7. Pie de la superficie de falla La línea de interceptación (algunas veces tapada) entre la parte inferior de la superficie de rotura y la superficie original del terreno. 8. Base El área cubierta por el material perturbado abajo del pie de la superficie de falla. 9. Punta o uña El punto de la base que se encuentra a más distancia de la cima. 10. Costado o flanco Un lado (perfil lateral) del movimiento. 11. Superficie original del terreno La superficie que existía antes de que se presentara el movimiento. 12. Derecha e izquierda Para describir un deslizamiento se prefiere usar la orientación geográfica, pero si se emplean las palabras derecha e izquierda debe referirse al deslizamiento observado desde la corona mirando hacia el pie. 1.4 DIMENSIONES Para definir las dimensiones de un movimiento se utiliza la terminología recomendada por el IAEG (Figura 1.3): 1. Ancho de la masa desplazada Wd Ancho máximo de la masa desplazada perpendicularmente a la longitud, Ld. 2. Ancho de la superficie de falla Wr Ancho máximo entre los flancos del deslizamiento perpendicularmente a la longitud Lr. 3. Longitud de la masa deslizada Ld Distancia mínima entre la punta y la cabeza. 4. Longitud de la superficie de falla Lr

Distancia mínima desde el pie de la superficie de falla y la corona. 5. Profundidad de la masa desplazada Dd Máxima profundidad de la masa movida perpendicular al plano conformado por Wd y Ld 6. Profundidad de la superficie de falla Dr Máxima profundidad de la superficie de falla con respecto a la superficie original del terreno, medida perpendicularmente al plano conformado por Wr y Lr. 7. Longitud total L Distancia mínima desde la punta a la corona del deslizamiento. 8. Longitud de la línea central Lcl Distancia desde la punta o uña hasta la corona del deslizamiento a lo largo de puntos sobre la superficie original equidistantes de los bordes laterales o flancos.


El volumen de material medido antes del deslizamiento generalmente, aumenta con el movimiento debido a que el material se dilata. El término “Factor de expansión” puede ser utilizado para describir éste aumento en volumen, como un porcentaje del volumen antes del movimiento. En algunas ocasiones como en el caso de roca el factor de expansión puede ser hasta de un 70%.

DIMENSIONES

Figura 1.3. Dimensiones de los movimientos en masa de acuerdo a IAEG Commission on Landslides (1990). 1.5 ETAPAS EN EL PROCESO DE FALLA La clasificación de deslizamientos pretende describir e identificar los cuerpos que están en movimiento relativo. Las clasificaciones existentes son esencialmente geomorfológicas y solamente algunas de ellas introducen consideraciones mecánicas o propiamente geológicas. Las caracterizaciones geotécnicas son necesarias y por esta razón, las clasificaciones eminentemente topográficas y morfológicas, como las propuestas por Varnes (1978), Hutchinson (1988), etc., deben adaptarse a las condiciones verdaderas de los movimientos. En este orden de ideas se deben considerar cuatro etapas diferentes en la clasificación de los movimientos: a. Etapa de deterioro o antes de la falla donde el suelo es esencialmente intacto. b. Etapa de falla caracterizada por la formación de una superficie de falla o el movimiento de una masa importante de material. c. La etapa post-falla que incluye los movimientos de la masa involucrada en un deslizamiento desde el momento de la falla y hasta el preciso instante en el cual se detiene totalmente.


d. La etapa de posible reactivación en la cual pueden ocurrir movimientos que pueden considerarse como una nueva falla, e incluye las tres etapas anteriores. 1.6 PROCESOS EN LA ETAPA DE DETERIORO El deterioro, con el tiempo puede dar lugar a la necesidad de mantenimiento o construcción de obras de estabilización. Al deterioro, sin embargo, se le da muy poca atención en el momento del diseño y el énfasis se dirige a evitar las fallas profundas, más que a evitar los fenómenos anteriores a la falla. Cuando un talud se corta, para la construcción de una vía o de una obra de infraestructura, ocurre una relajación de los esfuerzos de confinamiento y una exposición al medio ambiente, cambiándose la posición de equilibrio por una de deterioro acelerado. El deterioro comprende la alteración física y química de los materiales y su subsecuente desprendimiento o remoción. Este incluye la alteración mineral, los efectos de relajación y la abrasión. La iniciación y propagación de fracturas es de significancia particular en la destrucción de la superficie que puede conducir a caídos de roca o colapso del talud. La clasificación de los modos comúnes de deterioro fue propuesta por Nicholson y Hencher (1997), pero en el presente texto se amplió con el objeto de incluir la mayoría de los procesos que ocurren previamente a la falla masiva. 1. Caída de granos

Consiste en la caída de granos individuales de la masa de roca con desintegración física a granos como prerequisito. Depende de la resistencia de las uniones intergranulares y las microgrietas relacionadas con los granos. Causa un debilitamiento general del material de roca. No representa una amenaza en sí misma pero puede conducir a la pérdida de soporte y subsecuente colapso en pequeña escala. Los finos pueden sedimentarse y producir depósitos dentro de las estructuras de drenaje. Como solución se sugiere la limpieza de los residuos en el pie del talud y el cubrimiento con técnicas de bioingeniería concreto lanzado y refuerzo local, donde exista riesgo de colapso. 2. Descascaramiento

Caída de cáscaras de material de la masa de roca. Las cáscaras tienen forma de láminas con una dimensión significativamente menor a las otras dos dimensiones. Puede reflejar la litología, fisilidad, o puede reflejar la penetración de la meteorización. Los fragmentos en forma de láminas no son grandes y no constituyen una amenaza significativa, sin embargo, se produce un depósito de sedimentos en el pie del talud. Como tratamiento se sugiere las técnicas de bioingeniería y concreto lanzado con pequeños anclajes y obras de concreto dental.


Figura 1.4. Procesos de deterioro en macizos rocosos (Nicholson y Hencher –1997).


3. Formación, inclinación y caída de losas de roca

Se forman prismas o pequeñas placas con dimensión mínima de 50 mm, pudiendo existir deslizamiento y rotación o pandeo. Generalmente, las fracturas a tensión paralelas a la superficie del talud son prerequisito para su ocurrencia, seguidas por la pérdida de soporte. Pueden caer grandes bloques de material y pueden significar una amenaza importante, causando daño a los canales de drenaje, cercas, pavimentos o puede crear taludes negativos. Las inclinaciones pueden considerarse como un proceso de deterioro o como un movimiento del talud. Como tratamiento se sugiere la construcción de gradas o escaleras, bermas intermedias, refuerzo con pernos o estructuras de contención. 4. Caídos de bloques

Pueden caer por gravedad, en forma ocasional bloques individuales de roca de cualquier dimensión, produciendo un deterioro en la estructura del talud. La amenaza es difícil de predecir debido al gran rango de tamaños que pueden caer y especialmente los bloques grandes pueden causar daño estructural. En ocasiones bajan saltando y rodando y pueden caminar grandes distancias. Estos caídos corresponden a los caídos de roca en la clasificación general de movimientos en taludes. Como tratamiento se sugiere la construcción de gradas, la utilización de mallas de acero, concreto lanzado o mampostería. 5. Desmoronamiento del talud

El desmoronamiento general del talud produce la caída de bloques de diversas dimensiones en forma semicontinua. Puede causar una amenaza significativa y crear grandes acumulaciones de detritos en el pie del talud. Como solución se sugiere la construcción de gradas, colocación de mallas, trampas para detritos y cercas protectoras; también se pueden construir estructuras de submuración en mampostería o concreto lanzado. Los bloques grandes pueden requerir aseguramiento con pernos, anclajes o cables. Las áreas con desintegración severa pueden requerir soporte total o disminuir el ángulo de inclinación del talud. 6. Caídos de roca

La caída de muchos bloques de roca “en un solo evento” requiere que haya ocurrido un debilitamiento de la masa de roca, debido a la fragmentación y a la ausencia de soporte lateral. El volumen de la falla depende de los diversos planos de discontinuidad y puede cubrir en un solo momento varios planos (falla en escalera). 7. Lavado superficial o erosión

La erosión es el desprendimiento, transporte y depositación de partículas o masas pequeñas de suelo o roca, por acción de las fuerzas generadas por el movimiento del agua. El flujo puede concentrarse en canales produciendo surcos y cárcavas.


Las gotas de lluvia pueden contribuir al desprendimiento de las partículas o granos. Puede producir sedimentación de materiales en el pie del talud. Como solución se propone generalmente, la construcción de obras de drenaje y de bioingeniería, así como concreto dental, concreto lanzado o modificaciones de la topografía del talud. Los procesos de erosión son muy comunes en suelos residuales poco cementados o en suelos aluviales, especialmente, los compuestos por limos y arenas finas principalmente, cuando la cobertura vegetal ha sido removida. Se conocen varios tipos de erosión: a. Erosión Laminar El proceso de erosión laminar se inicia por el impacto de las gotas de agua lluvia contra la superficie del suelo, complementada por la fuerza de la escorrentía produciendo un lavado de la superficie del terreno como un todo, sin formar canales definidos. Al caer las gotas de lluvia levantan las partículas de suelo y las reparten sobre la superficie del terreno. La velocidad de las gotas de lluvia puede alcanzar valores hasta de 10 metros por segundo y su efecto es muy grande sobre las superficies de talud expuestos y sin cobertura vegetal. El proceso es particularmente grave cuando la pendiente del talud es grande, como es el caso de los taludes de cortes en obras viales. b. Erosión en surcos Los surcos de erosión se forman por la concentración del flujo del agua en caminos preferenciales, arrastrando las partículas y dejando canales de poca profundidad generalmente, paralelos. El agua de escorrentía fluye sobre la superficie de un talud y a su paso va levantando y arrastrando partículas de suelo, formando surcos (rills). Los surcos forman una compleja microred de drenaje donde un surco al profundizarse va capturando los vecinos, formando surcos de mayor tamaño, los cuales a su vez se profundizan o amplían formando cárcavas en forma de V que pueden transformarse a forma de U. Inicialmente la cárcava se profundiza hasta alcanzar una superficie de equilibrio, la cual depende de las características geológicas e hidráulicas, para luego iniciar un proceso de avance lateral mediante deslizamientos de los taludes semiverticales producto de la erosión. La localización en cuanto a su profundidad y la velocidad de avance del proceso es controlada por los fenómenos de tipo hidráulico y por la resistencia del material a la erosión. Los surcos de erosión pueden estabilizarse generalmente, con prácticas de agricultura. c. Erosión en Cárcavas Las cárcavas constituyen el estado más avanzado de erosión y se caracterizan por su profundidad, que facilita el avance lateral y frontal por medio de desprendimientos de masas de material en los taludes de pendiente alta que conforman el perímetro de la cárcava. Las cárcavas inicialmente tienen una sección en V pero al encontrar un material más resistente o interceptar el nivel freático se extienden lateralmente, tomando forma en U (Figura 1.5).


d. Erosión interna (Piping) El agua al fluir por ductos concentrados dentro del suelo produce erosión interna, la cual da origen a derrumbamientos o colapsos que pueden generar un hundimiento del terreno o la formación de una cárcava.

Figura 1.5. Esquema general de cárcava de erosión. e. Erosión por afloramiento de agua Un caso de erosión puede ocurrir en los sitios de afloramiento de agua, formando pequeñas cavernas y/o taludes negativos, los cuales a su vez pueden producir desprendimientos de masas de suelo. 8. Flujo de detritos

El desprendimiento y transporte de partículas gruesas y finas en una matríz de agua y granos en forma de flujo seco o saturado. Los flujos de detritos son impredecibles, mueven grandes volúmenes de material y pueden crear una amenaza moderada a alta. Se requiere un análisis especial de cada caso para su tratamiento. Generalmente no se les considera como procesos de deterioro sino como deslizamientos. Sin embargo, pueden generar grandes deslizamientos del macizo al producir cambios topográficos importantes. 9. Colapso

Bloques independientes de gran tamaño colapsan debido a la falta de soporte vertical. El tamaño de los bloques es de más de 500 mm e incluyen los taludes negativos (overhangs). Representa una escala grande de amenaza, de acuerdo a su tamaño y potencial de colapso. Las soluciones incluyen concreto dental, estructuras de refuerzo, submuración y otras estructuras de retención.


10. Disolución

La disolución de materiales solubles en agua que puede ser acelerado por las condiciones locales, especialmente la presencia de aguas agresivas. Puede producir cavidades internas que podrían colapsar o formar cárcavas karsticas. Como tratamiento se sugiere la inyección o relleno de las cavidades o la construcción de estructuras de puente. 11. Expansión y contracción

En los suelos arcillosos se producen cambios de volumen por cambios de humedad asociados con el potencial de succión del material. Estas expansiones y contracciones producen agrietamientos y cambios en la estructura del suelo generalmente, con pérdida de la resistencia al cortante. Se puede disminuir evitando los cambios de humedad o disminuyendo el potencial de expansión utilizando procedimientos físicos y químicos como es la adición de cal. 12. Agrietamiento cosísmico

Los eventos sísmicos pueden producir agrietamientos especialmente en los materiales rígidos y frágiles. Los agrietamientos cosísmicos debilitan la masa de talud y generan superficies preferenciales de falla. El agrietamiento cosísmico es menor cuando existe buen refuerzo subsuperficial con raíces de la cobertura vegetal. 13. Deformaciones por concentración de esfuerzos y fatiga

Los materiales al estar sometidos a esfuerzos de compresión o cortante sufren deformaciones, las cuales aumentan con el tiempo en una especie de fatiga de los materiales de suelo o roca. Estas deformaciones se pueden evitar disminuyendo los esfuerzos sobre el suelo, construyendo estructuras de contención o refuerzo. 14. Agrietamiento por tensión

La mayoría de los suelos poseen muy baja resistencia a la tensión y la generación de esfuerzos relativamente pequeños, (especialmente arriba de la cabeza de los taludes y laderas), puede producir grietas de tensión, las cuales facilitan la infiltración de agua y debilitan la estructura de la masa de suelo permitiendo la formación de superficies de falla. 1.7 CLASIFICACION DE LOS MOVIMIENTOS EN MASA Para la clasificación de los movimientos en masa se presenta el sistema propuesto originalmente por Varnes (1978), el cual tipifica los principales tipos de movimiento. Para el propósito del presente texto se presentan algunas observaciones del autor a los procesos de movimiento identificados por Varnes. Algunos de estos


movimientos están incluidos en la clasificación de los procesos de deterioro previos a un deslizamiento y es difícil identificar cúando son procesos de deterioro y cúando son componentes principales del movimiento del talud. 1. Caído

En los caídos una masa de cualquier tamaño se desprende de un talud de pendiente fuerte, a lo largo de una superficie, en la cual ocurre ningún o muy poco desplazamiento de corte y desciende principalmente, a través del aire por caída libre, a saltos o rodando. (Figuras 1.6 a 1.8).

Figura 1.6 Caídos de bloques por gravedad en roca fracturada.

Figura 1.7 Caídos de bloques rodando. El movimiento es muy rápido a extremadamente rápido y puede o no, ser precedido de movimientos menores que conduzcan a la separación progresiva o inclinación del bloque o masa de material. La observación muestra que los movimientos tienden a comportarse como caídos de caída libre cuando la pendiente superficial es de más de 75 grados. En taludes


de ángulo menor generalmente, los materiales rebotan y en los taludes de menos de 45 grados los materiales tienden a rodar. Los “caídos de roca” corresponden a bloques de roca relativamente sana, los caídos de residuos o detritos están compuestos por fragmentos de materiales pétreos y los caídos de tierra corresponden a materiales compuestos de partículas pequeñas de suelo o masas blandas (Figura 1.9).

Figura 1.8 Algunos mecanismos de falla de caídos. Wyllie y Norrish (1996) indican como causas de los caídos de roca en California la lluvia, la roca fracturada, el viento, la escorrentía, las fracturas planares adversas, el movimiento de los animales, la erosión diferencial, las raíces de los árboles, los nacimientos de agua, las vibraciones de maquinaria y vehículos y la descomposición del suelo. Deben incluirse adicionalmente, los terremotos, los cortes de las vías, explotación de materiales y las actividades antrópicas. 2. Inclinación o volteo

Este tipo de movimiento consiste en una rotación hacia adelante de una unidad o unidades de material térreo con centro de giro por debajo del centro de gravedad de la unidad y generalmente, ocurren en las formaciones rocosas (Figura 1.10).


Las fuerzas que lo producen son generadas por las unidades adyacentes, el agua en las grietas o juntas, expansiones y los movimientos sísmicos. La inclinación puede abarcar zonas muy pequeñas o incluir volúmenes de varios millones de metros cúbicos.

Figura 1.9. Esquema de caídos de roca y residuos.

Figura 1.10. Volteo o inclinación en materiales residuales. Dependiendo de las características geométricas y de estructura geológica, la inclinación puede o no terminar en caídos o en derrumbes (Figuras 1.11 y 1.12 ). Las inclinaciones pueden variar de extremadamente lentas a extremadamente rápidas. Las características de la estructura de la formación geológica determinan la forma de ocurrencia de la inclinación.


Figura 1.11 Proceso de falla al volteo.

Figura 1.12 El volteo puede generar un desmoronamiento del talud o falla en escalera.

Figura 1.13. Esquema de un proceso de reptación.


3. Reptación

La reptación consiste en movimientos muy lentos a extremadamente lentos del suelo subsuperficial sin una superficie de falla definida. Generalmente, el movimiento es de unos pocos centímetros al año y afecta a grandes áreas de terreno (Figura 1.13). Se le atribuye a las alteraciones climáticas relacionadas con los procesos de humedecimiento y secado en suelos, usualmente, muy blandos o alterados. La reptación puede preceder a movimientos más rápidos como los flujos o deslizamientos. 4. Deslizamiento

Este movimiento consiste en un desplazamiento de corte a lo largo de una o varias superficies, que pueden detectarse fácilmente o dentro de una zona relativamente delgada (Figura 1.14). El movimiento puede ser progresivo, o sea, que no se inicia simultáneamente a lo largo de toda, la que sería, la superficie de falla. Los deslizamientos pueden ser de una sola masa que se mueve o pueden comprender varias unidades o masas semi-independientes. Los deslizamientos pueden obedecer a procesos naturales o a desestabilización de masas de tierra por el efecto de cortes, rellenos, deforestación, etc.

Figura 1.14 Deslizamientos en suelos blandos. Los deslizamientos se pueden a su vez dividir en dos subtipos denominados deslizamientos rotacionales y translacionales o planares. Esta diferenciación es importante porque puede definir el sistema de análisis y estabilización a emplearse. a. Deslizamiento Rotacional En un deslizamiento rotacional la superficie de falla es formada por una curva cuyo centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo del movimiento (Figura 1.15).


Visto en planta el deslizamiento posee una serie de agrietamientos concéntricos y cóncavos en la dirección del movimiento. El movimiento produce un área superior de hundimiento y otra inferior de deslizamiento generándose comúnmente, flujos de materiales por debajo del pie del deslizamiento. En muchos deslizamientos rotacionales se forma una superficie cóncava en forma de “cuchara”. Generalmente, el escarpe debajo de la corona tiende ha ser semi-vertical, lo cual facilita la ocurrencia de movimientos retrogresivos. El movimiento aunque es curvilíneo no es necesariamente circular, lo cual es común en materiales residuales donde la resistencia al corte de los materiales aumenta con la profundidad. En la cabeza del movimiento, el desplazamiento es aparentemente semi-vertical y tiene muy poca rotación, sinembargo se puede observar que generalmente, la superficie original del terreno gira en dirección de la corona del talud, aunque otros bloques giren en la dirección opuesta. Los deslizamientos rotacionales en suelos generalmente tienen una relación Dr/Lr entre 0.15 y 0.33 (Skempton y Hutchinson 1969).

Figura 1.15 Deslizamiento rotacional típico. Frecuentemente la forma y localización de la superficie de falla está influenciada por las discontinuidades, juntas y planos de estratificación. El efecto de estas discontinuidades debe tenerse muy en cuenta en el momento que se haga el análisis de estabilidad (Figura 1.16). Los deslizamientos estrictamente rotacionales ocurren usualmente, en suelos homogéneos, sean naturales o artificiales y por su facilidad de análisis son el tipo de deslizamiento más estudiado en la literatura. En zonas tropicales este tipo de suelos no es común y cuando existe rotación, la superficie de falla es usualmente curva pero no circular; Sin embargo, en zonas de meteorización muy profunda y en rellenos de altura significativa algunas superficies de falla pueden asimilarse a círculos. Dentro del deslizamiento comúnmente, ocurren otros desplazamientos curvos que forman escarpes secundarios y ocasionalmente ocurren varios deslizamientos sucesivos en su origen pero que conforman una zona de deslizamientos rotacionales independientes.


Figura 1.16 Efectos de la estructura en la formación de deslizamientos a rotación. b. Deslizamiento de traslación En el deslizamiento de traslación el movimiento de la masa se desplaza hacia fuera o hacia abajo, a lo largo de una superficie más o menos plana o ligeramente ondulada y tiene muy poco o nada de movimiento de rotación o volteo (Figura 1.17). Los movimientos translacionales tienen generalmente, una relación Dr/Lr

de menos de 0.1. La diferencia importante entre los movimientos de rotación y traslación está principalmente, en la aplicabilidad o no de los diversos sistemas de estabilización. Sinembargo, un movimiento de rotación trata de autoestabilizarse, mientras uno de traslación puede progresar indefinidamente a lo largo de la ladera hacia abajo. Los movimientos de traslación son comúnmente controlados por superficies de debilidad tales como fallas, juntas, fracturas, planos de estratificación y zonas de cambio de estado de meteorización que corresponden en términos cuantitativos a cambios en la resistencia al corte de los materiales o por el contacto entre la roca y materiales blandos o coluviones. En muchos deslizamientos de traslación la masa se deforma y/o rompe y puede convertirse en flujo. Los deslizamientos sobre discontinuidades sencillas en roca se les denomina deslizamientos de bloque, cuando ocurren a lo largo de dos discontinuidades se le conoce como deslizamiento de cuña y cuando se presentan sobre varios niveles de una familia de discontinuidades se le puede denominar falla en escalera.


Figura 1.17 Deslizamiento de translación en la vía Tijuana - Ensenada en México. 5. Esparcimiento lateral

En los esparcimientos laterales el modo de movimiento dominante es la extensión lateral acomodada por fracturas de corte y tensión. El mecanismo de falla puede incluir elementos no solo de rotación y translación sino también de flujo. (Figura 1.18). Generalmente, los movimientos son complejos y difíciles de caracterizar. La rata de movimiento es por lo general extremadamente lenta. Los esparcimientos laterales pueden ocurrir en masas de roca sobre suelos plásticos y también se forman en suelos finos, tales como arcillas y limos sensitivos que pierden gran parte de su resistencia al remoldearse.

Figura 1.18. Esquema de un esparcimiento lateral La falla es generalmente progresiva, o sea, que se inicia en un área local y se extiende. Los esparcimientos laterales son muy comunes en sedimentos glaciales y marinos pero no los son en zonas de suelos tropicales residuales. Se deben distinguir dos tipos así: a. Movimientos distribuidos en una extensión pero sin una superficie basal bien definida de corte o de flujo plástico. Esto ocurre predominantemente en rocas, especialmente en las crestas de serranías. La mecánica de este movimiento no es bien conocida. b. Movimientos que envuelven fracturas y extensión de roca o suelo, debido a licuación o flujo plástico del material subyacente. Las capas superiores pueden hundirse, trasladarse, rotarse, desintegrarse o pueden licuarse y fluir.


6. Flujo

En un flujo existen movimientos relativos de las partículas o bloques pequeños dentro de una masa que se mueve o desliza sobre una superficie de falla. Los flujos pueden ser lentos o rápidos (Figura 1.19), así como secos o húmedos y los puede haber de roca, de residuos o de suelo o tierra. Los flujos muy lentos o extremadamente lentos pueden asimilarse en ocasiones, a los fenómenos de reptación y la diferencia consiste en que en los flujos existe una superficie fácilmente identificable de separación entre el material que se mueve y el subyacente, mientras en la reptación la velocidad del movimiento disminuye al profundizarse en el perfil, sin que exista una superficie definida de rotura. La ocurrencia de flujos está generalmente, relacionada con la saturación de los materiales subsuperficiales. Algunos suelos absorben agua muy fácilmente cuando son alterados, fracturados o agrietados por un deslizamiento inicial y esta saturación conduce a la formación de un flujo. Algunos flujos pueden resultar de la alteración de suelos muy sensitivos tales como sedimentos no consolidados. Recientemente se han realizado estudios para cuantificar el nivel de lluvias que se requieren para producir flujos y es frecuente la ocurrencia de los flujos simultáneamente en sitios diferentes, dentro de una misma formación en el momento de una determinada lluvia de gran intensidad o de un evento sísmico. a. Flujo en roca Los movimientos de flujo en roca comprenden las deformaciones que se distribuyen a lo largo de muchas fracturas grandes y pequeñas. La distribución de velocidades puede simular la de líquidos viscosos. Este tipo de movimiento ocurre con mucha frecuencia en zonas tropicales de alta montaña y poca vegetación, especialmente en la cordillera de los Andes. Se observa la relación de estos flujos con perfiles de meteorización poco profundos en los cuales las fallas están generalmente, relacionadas con cambios de esfuerzos y lixiviación, ocasionados por la filtración momentánea del agua en las primeras horas después de una lluvia fuerte. Las pendientes de estos taludes son comúnmente muy empinadas (más de 45o). Su ocurrencia es mayor en rocas ígneas y metamórficas muy fracturadas y pueden estar precedidos por fenómenos de inclinación. Estos flujos tienden a ser ligeramente húmedos y su velocidad tiende a ser rápida a muy rápida. b. Flujo de residuos (Detritos) Por lo general, un flujo de rocas termina en uno de residuos. Los materiales se van triturando por el mismo proceso de flujo y se puede observar una diferencia importante de tamaños entre la cabeza y el pie del movimiento. El movimiento de los flujos de detritos puede ser activado por las lluvias, debido a la pérdida de resistencia por la disminución de la succión al saturarse el material o por el desarrollo de fuerzas debidas al movimiento del agua subterránea (Collins y Znidarcic, 1997).


Fotografía 1.1 Flujo en suelos residuales de granitos. Fotografía 1.2 Mezcla de arenas y residuos en un flujo en suelos residuales .


Figura 1.19 Flujos de diferentes velocidades. Los daños causados por los flujos de detritos abarcan áreas relativamente grandes. El flujo típico de detritos es una honda larga de materiales sólidos y líquidos entremezclados, que se mueve en forma constante a través de un canal con algunas ondas menores superimpuestas que se mueven a velocidades superiores a aquellas del flujo mismo. Cuando el canal es más pequeño que el flujo, se forman ondas horizontales o depósitos laterales a los lados del canal. c. Flujo de suelo Los flujos de suelo también pueden ser secos y más lentos de acuerdo a la humedad y pendiente de la zona de ocurrencia. En zonas de alta montaña y desérticas ocurren flujos muy secos, por lo general pequeños pero de velocidades altas. d. Flujos de lodo Dentro de los flujos de tierra están los “flujos de lodo”, en los cuales los materiales de suelo son muy finos y las humedades muy altas y ya se puede hablar de viscosidad propiamente dicha, llegándose al punto de suelos suspendidos en agua. Los flujos de lodo poseen fuerzas destructoras grandes que dependen de su caudal y velocidad. Un flujo de lodo posee tres unidades morfológicas: un origen que generalmente es un deslizamiento, un camino o canal de flujo y finalmente una zona de acumulación. El origen consiste en una serie de escarpes de falla o deslizamientos de rotación o translación, el camino o canal es generalmente un área estrecha, recta o una serie de canales a través del cual fluye el material viscoso, el ancho, profundidad y pendiente del camino del flujo varía de acuerdo a las condiciones topográficas y morfológicas.


La zona de acumulación es generalmente, un área de menor pendiente en la cual el flujo pierde velocidad y forma un abanico de depositación.

Figura 1.20 Avalancha en cauce de río por acumulación de materiales producto de una gran cantidad de deslizamientos ocurridos en el momento de un sismo. 7. Avalanchas

En las avalanchas la falla progresiva es muy rápida y el flujo desciende formando una especie de “ríos de roca y suelo” (Figura 1.20). Estos flujos comúnmente se relacionan con lluvias ocasionales de índices pluviométricos excepcionales muy altos, deshielo de nevados o movimientos sísmicos en zonas de alta montaña y la ausencia de vegetación, aunque es un factor influyente, no es un prerequisito para que ocurran. Las avalanchas son generadas a partir de un gran aporte de materiales de uno o varios deslizamientos o flujos combinados con un volumen importante de agua, los cuales forman una masa de comportamiento de líquido viscoso que puede lograr velocidades muy altas con un gran poder destructivo y que corresponden generalmente, a fenómenos regionales dentro de una cuenca de drenaje. Las avalanchas pueden alcanzar velocidades de más de 50 metros por segundo en algunos casos. El movimiento de las avalanchas se le puede relacionar con “flujo turbulento de granos”. Este mecanismo no requiere de la presencia de una fase líquida o gaseosa y el movimiento se produce por transferencia de momentum al colisionar las partículas o bloques que se mueven.


8. Movimientos complejos

Con mucha frecuencia los movimientos de un talud incluyen una combinación de dos o más de los principales tipos de desplazamiento descritos anteriormente, este tipo de movimientos se les denomina como “Complejo”. Adicionalmente, un tipo de proceso activo puede convertirse en otro a medida que progresa el fenómeno de desintegración; es así como una inclinación puede terminar en caído o un deslizamiento en flujo. Tabla.1.1 Glosario de nombres para la caracterización de movimientos en masa (adaptado de Cruden y Varnes –1996)

Tipo Secuencia Estado de actividad

Estilo Velocidad Humedad Material

Caído Inclinación Deslizamiento Esparcimiento Flujo

Progresivo Retrogresivo Ampliándose Alargándose Confinado Disminuyendo Moviéndose

Activo Reactivado Suspendido Inactivo Dormido Abandonado Estabilizado Relicto

Complejo Compuesto Múltiple Sucesivo Sencillo

Extremadamente rápido Muy rápido Rápido Moderado Lento Muy lento Extremadamente lento

Seco Húmedo Mojado Muy Mojado

Roca Tierra Residuos

1.8 CARACTERIZACION DEL MOVIMIENTO Adicionalmente al tipo de movimiento es importante definir las características que posee en cuanto a secuencia, estado de actividad, estilo, velocidad, humedad, y material. 1. Tipo de material

Los términos siguientes han sido adoptados como descripción de los materiales que componen un determinado movimiento del talud. a. Roca Se denomina “Roca” a la roca dura y firme que estaba intacta en su lugar antes de la iniciación del movimiento. b. Residuos Se denomina con el nombre de Residuos o “Detritos” al suelo que contiene una significativa proporción de material grueso. Se considera que si más del 20% del material en peso es mayor de 2 milímetros de diámetro equivalente, debe llamarse como Residuos. Por lo general, deben existir partículas mucho mayores de 2 milímetros para que pueda considerarse de este modo. c. Tierra Se denomina tierra, al material de un deslizamiento que contiene más del 80% de las partículas menores de 2 milímetros. Se incluyen los materiales desde arenas a arcillas muy plásticas.


2. Humedad

Se proponen cuatro términos para definir las condiciones de humedad así:

a. Seco: No contiene humedad “visible”. b. Húmedo: Contiene algo de agua pero no posee agua (corriente) libre y puede comportarse como un sólido plástico pero no como un líquido. c. Mojado: Contiene suficiente agua para comportarse en parte como un líquido y posee cantidades visibles de agua que pueden salir del material. d. Muy mojado: Contiene agua suficiente para fluir como líquido, aún en pendientes bajas. 3. Secuencia de repetición

La secuencia se refiere a movimientos que inician en un área local y progresan o se repiten en una determinada dirección. Varnes (1978) recomienda utilizar la siguiente terminología: a. Progresivo La superficie de falla se extiende en la misma dirección del movimiento. b. Retrogresivo La superficie de falla se extiende en dirección opuesta al movimiento c. Ampliándose La superficie de falla se extiende hacia una u otra de las márgenes laterales d. Alargándose La superficie de falla se alarga agregando continuamente volumen de material desplazado. La superficie de falla puede alargarse en una o más direcciones. El término alargándose puede utilizarse indistintamente con el término progresivo. e. Confinado Se refiere a movimientos que tienen un escarpe visible pero no tienen superficie de falla visible en el pie de la masa desplazada. f. Disminuyendo El volumen de material siendo desplazado, disminuye con el tiempo. 4. Velocidad del movimiento

En la tabla 1.2 se indica la escala de velocidades de movimientos propuestas por el Transportation Research Board de los Estados Unidos, la cual se puede considerar como escala única de rata de movimiento. En algunos casos, ocurren velocidades diferentes de los diversos modos de movimiento y se requiere definir cada uno de ellos. La velocidad del movimiento tiene gran influencia sobre el poder destructivo de un deslizamiento. Generalmente, los deslizamientos extremadamente rápidos corresponden a catástrofes de gran violencia, ocasionalmente con muchos muertos y cuyo escape es poco probable. Por otro lado los movimientos extremadamente lentos son imperceptibles sin instrumentos y representan, en general un riesgo muy bajo de pérdida de vidas humanas.


Tabla 1.2 Velocidad de los movimientos (Adaptado de Cruden, Varnes - 1996)

Clase Descripción Velocidad (mm/sg)

Desplaza-miento

Poder destructor

7 Extremadamente rápido

Catástrofe de violencia mayor; edificios destruidos por el impacto o el material desplazado, muchas muertes; escape improbable.

5 x 103 5 m/seg

6 Muy rápida Alguna pérdida de vidas; velocidad demasiado alta para permitir a todas las personas escapar.

5 x 101 3 m/min

5 Rápida Escape posible; estructuras, propiedades y equipos destruidos.

5 x 10-1 1.8 m/hora

4 Moderada Algunas estructuras temporales y poco sensitivas pueden mantenerse temporalmente.

5 x 10-3 13 m/mes

3 Lenta Construcciones remediales pueden llevarse a cabo durante el movimiento. Algunas estructuras insensitivas pueden mantenerse con mantenimiento frecuente.

5 x 10-5 1.6 m/año

2 Muy lenta Algunas estructuras permanentes no son dañadas por el movimiento.

5 x 10-7 16 mm/año

1 Extremada-mente lenta

Imperceptibles sin instrumentos; construcción posible pero deben tenerse precauciones.

5. Estilo

Varnes estableció una nomenclatura de actividad de deslizamiento cuando aparecen conjuntamente diferentes tipos de movimiento: a. Complejo Un deslizamiento complejo es aquel que tiene al menos dos tipos de movimiento, por ejemplo, inclinación y deslizamiento. b. Compuesto El término compuesto corresponde al caso en el cual ocurren simultáneamente varios tipos de movimiento en diferentes áreas de la masa desplazada. c. Múltiple Se denomina como múltiple un deslizamiento que muestra movimientos repetidos del mismo tipo (Figura 1.22), generalmente, ampliando la superficie de falla. Un movimiento sucesivo corresponde a movimientos repetidos pero que no comparten la misma superficie de falla. d. Sencillo Corresponde a un solo tipo de movimiento.


Figura 1.21. Deslizamientos rotacionales simples y múltiples.

Figura 1.22. Inclinaciones sencillas y múltiples (Cruden, Varnes 1996). 6. Estado de actividad

a. Activo Deslizamiento que se está moviendo en los actuales momentos. b. Reactivado Movimiento que está nuevamente activo, después de haber estado inactivo. Por ejemplo, deslizamientos reactivados sobre antiguas superficies de falla. c. Suspendido Deslizamientos que han estado activos durante los últimos ciclos estacionales pero que no se está moviendo en la actualidad. d. Inactivo Deslizamientos que llevan varios ciclos estacionales sin actividad.


Figura 1.23 Deslizamientos retrogresivos. e. Dormido Deslizamiento inactivo pero que las causas del movimiento aparentemente permanecen. f. Abandonado Es el caso de un río que cambió de curso y que estaba produciendo un deslizamiento. g. Estabilizado Movimiento suspendido por obras remediales artificiales. h. Relicto Deslizamientos que ocurrieron posiblemente, hace varios miles de años se pueden llamar deslizamientos Relictos. 7. Estructura geológica

La formación geológica del sitio del movimiento es un factor determinante en el mecanismo de falla y en el comportamiento de un movimiento en un talud, especialmente en ambientes tropicales de montaña donde la textura y estructura geológica definen por lo general, la ocurrencia de fallas en los taludes.

Figura 1.24 Desarrollo de deslizamientos en la costa de Rumania-Mar negro (Popescu-1996).


1.9 MOVIMIENTOS POST-FALLA Los movimientos post-falla son movimientos en los cuales la energía inicial es máxima y va disminuyendo progresivamente. La energía del movimiento se disipa con el rompimiento, remoldeo o desaceleración por fricción del movimiento inicial. En el caso de un material perfectamente elastoplástico o dúctil, la energía potencial se disipa por fricción. La energía tiene tres componentes principales: a. Energía Potencial La cual se determina por las características geométricas y de localización del talud en el momento de la falla. Es importante determinar el valor de la energía potencial al final de la falla y su evolución posterior para poder predecir el comportamiento del movimiento. Esta energía potencial se convierte en energía cinética a medida que se produce aceleración del movimiento y esta energía cinética se disipa a otros tipos de energía al disminuirse la velocidad. b. Energía Friccionante Depende del comportamiento esfuerzo - deformación del suelo. En la práctica la energía de fricción es difícil de evaluar debido a que se disipa no solamente a lo largo de una superficie de falla definida, sino a lo largo de esfuerzos de desplazamiento en una gran cantidad de superficies dentro de la masa deslizada. c. Energía de Remoldeo o Desmoronamiento En suelos residuales no saturados y en rocas la energía de remoldeo disipa buena parte de la energía potencial o cinética; sin embargo, en la literatura existe muy poca documentación sobre el tema. Se conoce que los flujos de roca y detritos alcanzan distancias superiores cuando no se desmoronan y frenan rápidamente en el caso de desmoronamiento. En el caso de arcillas, la energía de remoldeo puede considerarse proporcional a la resistencia al corte no drenado y al índice de plasticidad de la arcilla. Entre menos resistente el material, la energía de remoldeo es menor y por lo tanto la disipación de energía cinética se produce a una rata menor aumentándose la longitud de recorrido del movimiento. En suelos no cohesivos la energía de remoldeo es muy pequeña pero la energía de fricción posee valores mucho más altos. Longitud de Recorrido del Movimiento

Cuando la energía potencial de la falla se transforma en energía cinética en un porcentaje importante, la distancia de recorrido puede adquirir una dimensión relativamente grande. Se han obtenido relaciones entre el volumen de la masa fallada y la longitud de recorrido para avalanchas en roca y flujos de arcilla pudiéndose realizar las siguientes observaciones: a. La relación entre el volumen de falla y la distancia de recorrido depende del nivel de humedad o saturación de los materiales. b. La distancia de recorrido generalmente, aumenta con el volumen de la masa fallada. c. La energía y la longitud de recorrido aumenta con la altura del deslizamiento.


d. La relación log (longitud) - log (volumen) es esencialmente lineal y con los datos limitados que existen se ha propuesto una pendiente de 0.16 entre los dos valores. Debe tenerse en cuenta que una vez ocurrida la falla, el movimiento posterior es de tal característica que no se aplican los principios de la mecánica de suelos o rocas y el comportamiento se describe mejor en términos de conceptos de mecánicas de fluidos integrados en un modelo viscoplástico, como el desarrollado para flujos rápidos y avalanchas por Hungr (1995). El elemento energía debe también tenerse en cuenta. La energía producida por un evento sísmico puede generar energías cinéticas superiores a las de un evento estático. 1.10 EVOLUCION O PROCESO DE FALLA La ocurrencia de una falla obedece a un proceso, el cual comprende una gran cantidad de factores que incluyen: 1. Condiciones originales del talud (Susceptibilidad a los

deslizamientos)

La topografía, geología y características de los materiales y perfiles, condiciones ambientales generales, cobertura vegetal, etc. Estas condiciones determinan una susceptibilidad al deterioro, a la acción de los factores detonantes y al fallamiento. 2. Factores de deterioro (Modificación lenta de las condiciones

originales)

El resultado es una disminución en la resistencia al cortante del material. 1. Falla progresiva por expansión o fisuración, deformación al cortante, inclinación, desmoronamiento, etc. 2. Descomposición por desecación, reducción de la cohesión, lavado y remoción de los cementantes, disolución, etc. 3. Erosión interna o sifonamiento. Los factores de deterioro pueden producir movimientos en el talud, los cuales en ocasiones pueden ser detectados por medio de métodos geoacústicos o por inclinómetros (Figura 1.25). 3. Factores detonantes (Activación del movimiento)

El resultado es un aumento en los esfuerzos de cortante. Estos esfuerzos aumentan a lo largo de la superficie de falla hasta que ocurre el movimiento. En el fenómeno de detonación actúan una serie compleja de procesos los cuales en ocasiones, se traslapan con los factores de deterioro:


a. Procesos Geomorfológicos y físicos - La tectónica y Neotectónica producen esfuerzos e inducen deformaciones, las cuales son muy difíciles de evaluar o medir. - La erosión genera cambios topográficos que inducen esfuerzos en el talud. - La sedimentación. - La lluvia, la cual produce modificaciones en la humedad y presión de poros afectando la resistencia del suelo. - Las inundaciones, al producir saturación repentina, presiones de poro y erosión. - Los sismos, los cuales pueden producir fracturación, remoldeo, aumento de presión de poros y consiguiente, disminución en la resistencia del suelo, licuación y generación de fuerzas de tipo dinámico sobre las masas de talud. - Las erupciones volcánicas, las cuales además del efecto vibratorio, generan cambios en temperatura y la disposición de materiales sobre el talud. - La expansión de los suelos, etc.

Figura 1.25 Deformaciones de pre-falla en el deslizamiento de “Les grandes murailes” en Francia (Leroueil y otros 1996). b. Procesos antrópicos - Las excavaciones o cortes que modifican la topografía original del terreno. - Las excavaciones subterráneas (túneles), las cuales afectan la estructura y condiciones de esfuerzos del suelo encima de ellos. - Los rellenos o depósitos de materiales sobre el talud, disposición de residuos, etc. - La irrigación que facilita la infiltración y los cambios de humedad y presión de poros.


- Las fugas de agua de las redes de servicios. - El mantenimiento inadecuado de sistemas de drenaje y subdrenaje. - La deforestación que produce cambios hidrológicos y afecta la resistencia del suelo, al eliminar el refuerzo de las raíces. - Las vibraciones artificiales, tránsito de vehículos, vibraciones de maquinaria, detonaciones de explosivos, etc., las cuales generan fuerzas dinámicas y deterioro de la estructura de los materiales. La disminución repentina del nivel de agua como en el caso del desembalse de una presa.

Figura 1.26 Falla progresiva o deformaciones con el tiempo, de un talud en arcilla al realizar un corte, analizada por elementos finitos (Leroueil y otros 1996). 4. Fallamiento

El proceso de fallamiento después de que interviene el factor detonante es un fenómeno generalmente físico, en el cual las condiciones de esfuerzo y deformación juegan un papel preponderante. Las fallas en la mayoría de los casos no ocurren en forma repentina sino que toman un tiempo, el cual puede durar de minutos a años. (Figura 1.26).


Las deformaciones que se producen por la actuación de los esfuerzos generan a su vez disminuciones en la resistencia. Al inicio del movimiento, es muy posible que estas deformaciones progresivas afecten volúmenes de talud, pero a medida que avanza el proceso de fallamiento las deformaciones principales se concentran en una superficie o banda de falla a lo largo de la cual se produce la rotura o falla del material.

Figura 1.27 Evolución de un deslizamiento en roca fracturada al profundizarse un cauce por erosión permanente.


Es esencial para el análisis de un deslizamiento o para la determinación de niveles de amenaza y riesgo, que se tenga claridad sobre los procesos de evolución que generan un deslizamiento (Figura 1.27), la susceptibilidad, los procesos de deterioro y factores detonantes así como el proceso de fallamiento propiamente dicho. Cada una de estas etapas involucra fenómenos mecánicos, leyes y parámetros que pueden ser muy diferentes y deben analizarse como un todo y también en forma separada. En los siguientes capítulos del presente libro se presenta información para evaluar los diversos factores que intervienen en los procesos. REFERENCIAS Brabb E.E. , Hrrod B.L. (1989). “Landslides: Extent and economic significance”: Proc., 28th

International Geological Congress: Symposium on landslides, A.A. Balkema, Rotterdam, Netherlands, 385 p.

Collins, B., Znidarcic, D. (1997). “Triggering Mechanisms of Rainfall Induced Debris Flows”. II Simposio Panamericano de Deslizamientos, Río de Janeiro .pp. 277-286.

Hungr, O. (1995). “A model for the runout analysis of rapid flow slides, debris flows, and avalanches”. Canadian Geot. J., pp. 610-623.

Hutchinson J. N. (1968). “Mass Movement”. Encyclopedia of Geomorphology. Reinhold New York, pp. 688-695.

Hutchinson J.N. (1988). “Mosphology and geotechnical parameters or landslides in relation to geology and hydrogeology”. Fifth International Symposium on landslides, Lausanne, pp. 3-35.

IAEG Commission on Landslides (1990). “Suggested nomenclature for landslides”. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, No. 41, pp.13-16.

Leroueil S., Locat J. , Vaunat J., Picarelli L., Lee H, Faure R. (1996) “Geotechnical characterization of slope movements”. Proceedings of the Seventh International Symposium on landslides, Trondheim, pp 53-74.

Nicholson D.T., Hencher S. (1997) “Assesing potential for deterioration of engineered rockslopes”. The Proceedings International Symposium on Engineering Geology and the Environment. Athens, pp 911-917.

Popescu, M.E. (1996) “From landslide causes to landslide remediation” Proceedings of the Seventh International Symposium on landslides, Trondheim, pp.75-93.

Skempton A.W. Hutchinson J.N. (1969). “Stability of Natural Slopes and Embankment Foundations”. Seventh International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering Mexico City. State of the art. Volume 2, pp. 291-340.

Transportation Research Board (1996). “Landslides investigation and mitigation”, Special report 247. Washington, 675 p.

Varnes D.J. (1958). “Landslides types and processes”. Special report 29: Landslides and engineering practice (E.B. Eckel, ed.) HRB, National Research Council, Washington, D.C., pp. 20-47.

Varnes D.J. (1978). “Slope movement types and processes”. Special report 176: Landslides: Analysis and control (R.L. Schuster and R.J. Krizek, eds.), TRB, National Research Council, Washington, D.C., pp.11-33.

Wyllie D.C. , Norrish N.I. (1996). “Stabilization of rock slopes”. Landslides investigation and mitigation. Special report 247. Transportation Research Board. National research council, pp. 474-504.

como en el planeamiento o diseño, es esencial la par- ticipación de un geotecnista.

Estabilidad de Taludes

La estabilidad de un talud depende de las características del terreno y del material de la pendiente, de las condiciones hidrológicas y climáticas y de la intensidad sísmica.

Identificar en las formas del terreno indicios que señalen la ocurrencia de pasados deslizamientos ayuda a establecer la ubicación de los sectores inestables y, por lo tan-

to, de las zonas en las que es altamente que vuelvan a ocurrir estos fenómenos.

La geomorfología es la disciplina que se ocupa de la ob- servación sistemática del paisaje actual teniendo en cuenta todos los factores que lo modelaron a través del tiempo geológico. En este caso la geomorfología ayuda a determinar en qué medida los eventos ocurridos en un área dada, relacionados o condicionados por la naturaleza del suelo, los cambios climáticos, el comportamiento de las aguas, la actividad sísmica de la zona, etc. han influi- do en la estabilidad de un talud.

Características del Terreno

Son muy importantes los accidentes del relieve como fracturas o algún otro tipo particular de junta o discontinuidad, sobre todo si se encuentran desfavorablemente ubi- cados respecto a la pendiente ya que, por ser zonas inestables, las fuerzas gravitacionales que hacen fallar al suelo actúan sobre ellos.

Características del Material de la Pendiente

Caracteristicas y atributos de las partículas del suelo y de su material cementante tales como estructura, com- posición, textura o espesor son de crucial importancia ya que están en directa relación con el nivel de intemperismo y propiedades tales como la resistencia mecá- nica, factores de los cuales depende a su vez la estabilidad del talud.

En la Tabla 6.1 se proporciona la clasificación geotécni- ca del suelo de acuerdo a las pendientes y las caracte- rísticas de sus materiales y sus limitaciones geotécnicas, posibilidades de uso, costo estimado para su desarrollo y nivel de exigencia de los estudios.

Caracteristicas importantes del sitio.

Limitaciones geotécnicas.

Posibilidad de uso para desarrollo.

Casto de obras para su desarrollo

Nivel de estudios de sitio requerido.

I Tabla 6.1 SISTEMA DE CLASIFICACI~N GEOTECNICA

PARa USO DEL SUELO EN PENDIENTE

CLASE 1

- Menos de 15" de pendiente. Poca erosión

- plataforma en corte

- Corte de la pendiente c 15"; y altura del corte e 30 m.

Baja

Alta

Normal

CLASE 2

- Pendiente 15"-30" No desestabiliza- do, ni erosión severa.

- Terreno coluvial

e 1 S", no inestabilidad o erosión severa

Moderada

Moderada

Normal

Normal

CLASE 3

- Pendiente 30"-60" No estabilizado o erosión severa

- Pendiente e 1 S", pero con antecedentes de deslizamientos

- Terreno coluvial

< 15"; inestabilidad general.

Alta

Baja

Alto

Intenso

CLASE 4 - - -

- Pendiente S 60". - Pendiente entre

30" y 60" inestables o erosión severa.

- Terrenos coluviales 30" -60".

Extrema

Probablemente inadecuada

Muy alto

Muy intenso

Fuente : UNDRO, 1991

Fenómenos geológico-clima'ticos

1 Condiciones Hidrológicas y Climáticas

El agua juega un rol crítico en la desestabilización de

suelos y su presencia depende de las variaciones climáti-

cas. Las lluvias pueden afectar directamente la masa de

suelo al infiltrarse en él, lo mismo que el incremento de

los volúmenes de los cursos o masas de agua, como ríos

y lagos. Los derrumbes son más susceptibles de ocurrir en

lugares donde antes ya han ocurrido, F-6DE6. Los flujos

semilíquidos son también frecuentes, F-6DE7.

Los deslizamientos se producen comúnmente después que

ocurren lluvias intensas. En el gráfico de llwia acumulada

versus tiempo, F-6DE8, en el eje horizontal están los días y

en el vertical la lluvia acumulada. Los días en que se pro-

ducen lluvias intensas, la pendiente de la curva tiende a ser

vertical y cuando deja de llover o cuando la precipitación

disminuye sensiblemente, la curva se vuelve horizontal, for-

mándose en esos días una "Y1. En las F-6DE9 y F-6DE 1 O se muestra el sector de Malpaso, Perú, en la carretera Pa-

namericana, N-W, lugar donde se obtuvo la curva "J". En-

tre los días 1 2 y 14 de febrero de 1 998 llovió 200 mirl y

el 15 se produjo un importante deslizamiento. La curva

muestra una clara correlación entre intensidades de lluvia,

humedecimiento del suelo y deslizamiento. La F-6DE 1 1, ofrece un esquema de solución para el problema que aca- I I I . l . P .

F-6DE6 Un derrumbe nuevo ocurrido sobre un deslizamiento anterior, ahora cubierto con césped y árboles jóvenes.

Alpes Suizos. Foto NOAAINGDC.

F-6DE8 Grafico de la Precipitación Acumulada. Estación Caleta Grau. Tumbes, Perú. Fuente IMARPE. (Tesis H. Quispe CISMID-FICIUNI)

F-6DE7 Solifluxión o flujos semilíquidos que bajan formando lóbulos. Cerca de Suslositna Creek, Alaska, EUA. Foto NOAAIWGDC.

F-6DE9 Zonas inestables - Sector Malpaso. Tumbes. ' A

Julio Kuroiwd - Reducción de Desastres

Cada tipo de deslizamientA se desplaza a diferente velocidad. Los que viajan a mayor velocidad, causan más

víctinias porque no dan tiempo suficiente para abando-

nar la zona amenazada y producen un alto grado de

destrucción debido a la gran energía cinética que desa-

rrollan, generando pérdidas por impacto y erosión. Sin

embargo, desplazamientos lentos como la reptación, causan sustanciales daños si hay construcciones sobre

sueloS en proceso de falla.

Inteesidad Sísmica

La ocurrencia de deslizamientos es muy sensible a la in-

tensidad sísmica, que se refleja en la escala MMA-O1 . En la Cordillera de los Andes ocurren deslizamientos a par-

tir del grado V. La magnitud y el número de derrumbes

son directamente proporcionales al incremento de la in-

tensidad sísmica.

F-6DE10 Corte esquemático. Sector de Malpaso.

El terremoto de Guatemala de 1976 es el que posible-

mente más deslizamientos ha originado en las Américas. En F-6DE12 se ilustra la intensidad sismica en la escala

MM. Se puede observar que la mayor concentración y

los deslizamientos más grandes ocurrieron cuando se Ile-

gó a V l l l MM o superior, aunque también se produjeron

derrumbes importantes para intensidades menores que

VI MM en las cercanías del lago Atitlan. En la F-6DE13, las grietas mostradas son aberturas que se produjeron en el terreno debido a que la masa se deslizó hacia el

lado no confinado del río, durante el sismo del año 1991

en el departamento de San Martín, Perú.

Tipos de Deslizamientos

Los deslizamientos se pueden clasificar según la clase

de movimiento y las características del material que se desplaza.

N.N.

Cuneta / . .

F-6DE11 Solución Propuesta - Sistema de Terrazas y Drenajes. (Tesis H. Quispe, ClSMlD FEILINI)

F-6DE12 Mapa de deslizamientos del sismo de Guatemala de 1976. Los de mayor frecuencia ocurrieron en zonas escarpadas y con intensidades mayores que VI1 MM. También ocurrieron deslizamientos en sectores con intensidades VI MM. Fuente: USGS.

1 F-6DE13 Deslizamiento de masa de suelo húmedo hacia el lado no confinado. Intensidad estimada VI a VI1 MM.

Sismo del año 1991 en el departamento de San Martín, Perú.

Clasificación según los Tipos de Movimiento

Caída.- Cuando masas de suelo, roca u otro material se precipita en dirección de la pendiente, ya sea en caída libre o rebotando en varios lugares. Esto sucede con mas fre-

cuencia en pendientes cercanas a la vertical. En la serranía

del Perú se llama galgadas a la caída de piedras grandes.

Volteo.- Se produce cuando una masa de roca o tierra gi-

ra en torno a un eje horizontal ubicado en la parte baja

y, una vez que cae, continúa deslizándose cuesta abajo.

Deslizamiento Rotaciona1.- Si la masa tiende a rotar en torno a un eje horizontal que está por encima de la misma.

Deslizamiento Traslacional.- Si el movimiento es funda-

mentalmente a lo largo de un plano inclinado.

Estos dos movimientos resultan de la falla por corte a lo

largo de una o más superficies controladas por rasgos es-

tructurales preexistentes como planos de fracturas, iuntas

y estratificaciones.

F-6DE14 Derrumbe de material suelto, muy común en los Andes.

Desplazamiento lateral.- Es el movimiento lateral de

masas consistentes en suelos fracturados. Generalmen-

te se desplazan entre 3 m y 5 m, pudiendo llegar hasta

30 m y 50 m, si las características de la pendiente son

favorables. Puede ser el resultado de la licuación de

suelos durante sismos o el fluio plástico de estratos sub-

yacentes.

Movimiento de flujo.- Es similar a lo que ocurre con flujos viscosos y puede tener uno o más lóbulos que se mue- van a diferentes velocidades, dependiendo de la viscosi-

dad del material y la pendiente del terreno. Aunque la

presencia de agua no es un factor necesario, este tipo de

deslizamientos ocurre usualmente durante o después de lluvias torrenciales y puede viajar grandes distancias a

través de quebradas que nacen en las zonas elevadas

donde se origina.

Es necesario mencionar que muchos de los desp

mientos son bastante complejos, de manera tal que pue-

de resultar difícil clasificarlos claramente de acuerdo a los tipos descritos, siendo común que se produzc

simultánea o subsecuente.

Julio Kuroiwa - Reducción de Desastres

F-6DE15 Derrumbe de suelo mueble depositado sobre roca. Causa frecuente de interrupciones de carreteras y canales.

Durante la etapa del estudio preliminar o diagnóstico se

puede mapear a escala 1 / lo0 000 - 1/50 000; duran-

te la formulación del proyecto o estudio de factibilidad a

1 /50 000 - 1 / 1 O 000 y para el desarrollo del proyecto

de ingeniería de 1 / lo 000 - 1 /500, requiriéndose en

esta etapa estudios geotécnicos detallados.

Casos de Grandes Desastres Geológico-Climáticos

F-6DE16 Roca separada en bloques que se está deslizando cuesta abajo.

F-6DE17 Deslizamiento a baja velocidad o reptación causa múltiples daños y es muy difícil de controlar, Ocatara, Carretera Central, Perú.

ES de suma utilidad para el desarrollo adecuado de

proyectos.

Se incluyen con fines ilustrativos dos eiemplos de grandes

deslizamientos que provocaron desastres. El primero, cau-

sado por condiciones geológicas desfavorables y lluvias torrenciales terminó en la colmatación de la presa Vaiont y la

desaparición de la comunidad de Longarone en Italia, el 9 En las figuras F-6DE F-6DE17 presentan de ocbbre de 1 963; el segundo, un alud-avalan- de los tipos de deslizamiento más comunes en la región cha del incremento de inutilizó la andina originados por lluvias o sismos. central hidroeléctrica de Machu Picchu, Perú, en 1997.

Clasificación según las Características del Material

Desastre de la Presa Vaiont, Italia

- Deslizamiento de rocas.- Si son bloques rocosos los que se desplazan.

- Deslizamiento de suelos.- Si son materiales disconti- nuos y homogéneos que se subdividen a su vez en granulares y finos.

Un enorme derrumbe de 1,8 km de largo y 1,6 km de an-

cho y espesor variable, con un volumen de 240 millones de

metros cúbicos de roca y tierra, cayó sobre un vaso que

contenía 1 20 millones de metros cúbicos de agua, F-6DE18. Esta avalancha provocó un desembalse con olas muy altas

que alcanzaron hasta 260 m sobre el nivel del espeio de

Cada uno de estos materiales es potencialmente suscepti- agua en las paredes del reservorio. En el sector de la pre-

ble a cualquiera de los tipos de movimiento antes rnencio- "1 de 267 m de al''', el agua 'obre~a" su cre'h en "0'

nadas, además de estar sometido a una variedad de po- 1 00 m, de tal manera que la masa de agua cayó, con grC"'

sibilidades derivadas. ruido y energía, desde unos 367 m. Aguas abajo destruyó

dos puentes construidos a considerable altura con respecto

Mapa de Deslizamientos al fondo del río Vaiont. En su cruce con el valle de Piave, la ola alcanzó 70 m borrando del mapa a la localidad de Lon-

Es un mapa en el que( se registran los posibles desli- garone, que se ubicaba a 1.6 km de la presa, F-6DE20 y

zarnientos que pueden afectar un área determinada. F-6DE21. En sólo 7 minutos causó 2 600 muertes. El torrente

Fenómenos geológico-climáticos

F-6DEl9 Corte AA' y zonas inestables.

penetió las galerías de la presa y destruyó todo el equipa-

miento de la casa de fuerza subterránea. El estruendo que provocó el violento movimiento de masa de aire y agua se

sintió en lugares tan distantes como Viena, Austria.

El desastre se debió a las características geológicas adversas del área que rodea al vaso de agua a ambos lados de la quebrada. El curso del río Vaiont fue erosionado al fondo de un sinclinal, después del retiro de los gla-

ciales, hace unos 18 000 años.

El fondo del río está entre 200 y 300 metros debajo del valle glacial. De esta manera, quedaron colgados estratos

cóncavos con la pendiente hacia el eie del río, con una serie de planos de separación; desestabilizando el coniunto,

de unos 150 m de espesor, F-6DE19. Se tiene en el área dos series de planos de fallas cóncavas, la parte superior relativamente reciente y la inferior más antigua, las cuales,

combinadas con los planos inclinados de estratificación y los planos de fractura naturales y tectónicos, crearon una masa rocosa muy inestable a todo lo largo del cañón que rodea el reservorio. Las rocas de estos estratos son débiles, con baja resistencia al corte. Las infiltraciones causaron la

disolución de calizas y mármol formando oquedades. Dos semanas antes del gran deslizamiento, torrenciales lluvias suministraron abundante agua de recarga al acuíkro, con

]ulio Kuroiwa - Reducción de Desastres

F-6DE20 Localidad de Longarone antes del desastre (Cortesía CPGP).

F-6DE21 Efecto del tumbo de agua en la confluencia de las quebradas Vaiont y Piave (Cortesía CPGP).

Fenómenos geológico-climáticos

lo que el nivel natural del agua subterránea se elevó por

encima de la sección crítica del plano de deslizamiento.

miento se estaba produciendo de 20 a 80 cm/día, hasta

que 240 millones de metros cúbicos de roca y tierra caye-

ron súbitamente sobre el reservorio. Si bien es cierto que el deslizamiento que causó el desastre fue súbito, en el área habia un coniunto de indicadores de que podría ocurrir. En 1 960 ya se había producido un importante deslizamiento y en 1961,

mediante un túnel exploratorio se descubrieron grietas y planos en la sección inestable, lo que confirmó que

estaba en proceso un lento deslizamiento.

del área que rodea a la masa de agua y el sector don{ de se ubicará la presa deben ser cuidadosamente es-

tudiados.

Alud-avalancha en la Central Hihoeléctric de Machu Picchu

La construcción de la presa y el llenado de agua impuso cambios drásticos en las condiciones geológicas del área crítica. Creó un nivel de agua inducido incrementando la presión hidrostática, facilitado por la permeabilidad de las fracturas y el sistema interconectado de oquedades en

la caliza que se había disuelto con anterioridad.

En pleno desarrollo de El Niño 1997-98, el 27 de fe-

brero de 1998 un enorme alud-avalancha generado en un circo glacial, enterró bajo piedras y lodo la Central

Hidroeléctrica de Machu Picchu-CHM, para luego cu-

brirla de agua, dejándola fuera de servicio. La Central se ubica a la espalda del acceso a las ruinas de Machu Picchu, atractivo turístico de fama mundial que se loca- liza en un recodo del río ~ilcanota, a unos 120 km al

Antes de abril de 1963, el nivel del reservorio se mantenía a 680 m. A mediados de setiembre, el nivel del reservorio habia subido unos 20 metros más. La velocidad del deslizamiento se incrementó desde un promedio de 1 cm/sema- na a 1 cm/día y luego a 1 O cm/día, a comienzos de octubre. Las torrenciales lluvias de esos días incrementaron la presión hidrostática, perturbando aun más el desequilibrio

N-E de la ciudad del Cuz

La mayoría de científicos atribuyen el retroceso de los nej vados en los Andes y en los Alpes al calentamiento global de la Tierra. Durante el siglo XX la temperatura promedio de la Tierra se elevó en 0,6"C. Se piensa que el

evento que afectó a la Central no es sino una consecuen-

entre la fuerza de deslizamiento accionado por la gravedad y la resistencia al corte de la masa de roca que continuó de-

bilitándose. El 9 de octubre, día del desastre, el desliza- cia violenta de ese fenómeno global.

, .

F-6DE23 La gran pendiente del río Aobamba tiene caídas como la mostrada (Id. 22).

F-6DE24 Los derrumbes ocurridos incre- Circo glacial donde se generó un voluminoso alud avalancha. mentaron el volumen de materiales que

(Foto cortesía EGEMSA 1 auspicio del viaje OSINERG) se deslizó cuesta abajo (Id. 22).


La enorme masa removida del circo glacial, FdDE22, ubicado a 19 km de distancia y a 2 500 m por encima de la Central bajó por un estrecho cañón, incluso en caí- das libres como la catarata de 90 m que se muestra en la F-6DE23, incrementando su volumen con los derrumbes que arrastró, F-6DE24. Cuando el río Aobamba, tributa- rio del Vilcanota, llegó a su desembocadura con 28 millones de metros cúbicos de piedra y lodo, represó el río Vilcanota cubriendo con este material 720 000 m2 de su lecho, tanto aguas abajo como aguas arriba, alcanzando una altura de hasta 70 m, que sobrepasó la central, ubicada a 2 km de distancia, F-6DE25, cubriendo totalmente los accesos. El caudaloso río Vilcanota, al ser represado, formó una inmensa laguna que sumergió prác- ticamente todas las instalaciones de la ~Ianta, F-6DE26.

Los estudios de factibilidad, efectuados por la Empresa de Generación Eléctrica de Machu Picchu S.A. - EGEMSA, realizados con la participación de empresas y consultores peruanos y de otras nacionalidades, indicaron que era técnica y económicamente conveniente realizar la re- habilitación de la CHM.

LOS trabajos de rehabi~itaci~n se iniciaron con el desembalse del inmenso volumen de agua represado y la limpieza

de miles de metros cúbicos de lodo y piedra que habían enterrado las instalaciones de la CHM, F-6DE27 y 28. De- bido a la estrechez de muchos de los lugares colmatados, la labor de limpieza tuvo que hacerse a mano; cargar los escombros tomó miles de horas hombre, esfuerzo que los trabajadores aportaron con sacrificio y entusiasmo.

La obra civil más importante fue el diseño y construcción de un nuevo sistema de descarga, debido a que el relleno del alud-avalancha elevó el fondo del río Vilcanota. El primer tramo del nuevo túnel de descarga se perforó por debaio del río, desde su margen izquierda, donde se ubica la CHM, hacia la margen derecha, y el segundo tramo se perforó en roca, y fue planeado para que desem- bocase a varios kilómetros aguas abajo y así evitar que futuras avalanchas vuelvan a dañar el sistema de descarga, F-6DE29, F-6DE30.

Mayor dificultad se presentó al tratar de limpiar y recupe- rar los equipos de las Casas de Máquinas, ya que se en- contraban instalados a bastante profundidad, se decidió darle prioridad a la Casa de Máquinas I I debido a su mayor capacidad y se dejó la Casa Francis para la segunda etapa del proceso de rehabilitación.

F-6DE25 Desembocadura del río Aobamba (vertical) el río Vilcanota que fluye de izquierda a derecha. Debajo de la tubería

está sumergida la CHM y dista 2 km del río Aobamba (Id. 22).

I F-6DE26 El alud-avalancha represó el río Vilcanota

formando una inmensa laguna que sumergió la planta (Id. 22). l

Fenómenos geoldgico-climdticos

F-6DE28 Antiguo edificio de control y mando en proceso de limpieza (Id. 22).

F-6DE29 Planta general del área siniestrada y obras de rehabilitación de la CHM. (Id. 22)

F-6DE30 Corte transversal de las obras de rehabilitación de la CHM. (Id. 22)

La CHM utiliza el recurso hidrico del río Vilcanota y fue durante todo el día, en cualquier época del ano. Cubre las construida en 2 fases entre 1958-63 y 1981 -85, quedan- necesidades de los departamentos de Cuzco, Puno y Are- do con una potencia instalada de 104,2 MW; se sirve ade- quipa. Luego de la interconexión con los sistemas Este y más de la capacidad de regulación estaciona1 del embalse Oeste del sur del Perú, amplió su mercado y, en caso de in- de Sibinacocha, a 4 800 m.s.n.m., garantizando la conti- terrupción, puede recibir energía de otras fuentes de gene- nuidad de la operación y la máxima potencia del servicio ración, como ocurrió después del desastre de 1998.


La decisión política del ~;tado peruano de rehabilitar la Central fue acertada desde el punto de vista costo-bene- ficio, incluyendo el difícilmente cuantificable aspecto so- cial. Los trabajos de rehabilitación fueron ejecutados por dos gobiernos diferentes y las obras rehabilitadas se

inauguraron el 25 de mayo de 2001. La ceremonia fue un tributo a los cientos de hombres: obreros, técnicos, ingenieros y ejecutivos que trabajaron arduamente, para brindar las meiores soluciones técnicas.

Las decisiones tomadas en el momento oportuno permi- tieron devolver a la CHM su actividad.

Medidas de Mitigacíth para Deslizamientos

Los métodos para reducir las pérdidas que causan los deslizamientos pueden agruparse en las siguientes líneas de acción:

- Regular el uso del suelo para evitar que se constru-

ya en zonas peligrosas. - Reducir la intensidad de las fuerzas que activan los

deslizamientos. - Incrementar la resistencia interna del suelo emplean-

do materiales sintéticos, como los geotextiles. - Construir muros de sostenimiento.

Uso del Suelo en Zonas Amenazadas por Deslizamientos

De las cuatro medidas, la primera opción es claramente la más conveniente. El levantamiento de un mapa de po- tenciales deslizamientos del área de interés y el estableci-

miento de regulaciones adecuadas para el uso del suelo, combinadas algunas veces con las otras opciones, brin- dan las soluciones más racionales.

La lrotección de las construcciones en áreas amenazadas por deslizamientos es técnicamente posible, y precisa- mente a eso apuntan las tres últimas opciones. Sin embargo, estas propuestas son costosas, sobre todo si se trata de contener grandes deslizamientos y requieren de la participación de especialistas para realizar los estudios respectivos.

Cuando los centros urbanos utilicen para su expansión áreas nuevas, los estudios de microzonificación y el plan de uso del suelo deben orientar sobre la forma más ade- cuada de ocupar el terreno; sin embargo, hay infraestructura~ tales como carreteras, ferrocarriles y canales que por su gran longitud, muchas veces es inevitable que deban atravesar sectores amenazados por derrumbes, sobre todo en zonas montañosas. En estos casos, una re- gla básica es alterar lo menos posible las formaciones naturales del terreno.

El sistema de clasificación geotécnica para uso del suelo de la Tabla 6.1, la clasificación de los edificios según su importancia y la clasificación relativa a los componentes de los sistemas de servicios públicos vitales, proporcionan normas racionales para el uso del suelo.

Reducción de las Cargas Actuantes e Incremento de la Resistencia del Suelo a los Deslizarnientos

La reducción de las cargas actuantes sobre taludes es el método más efectivo y económico para disminuir el peligro de deslizamientos.

Hay dos formas de reducir las cargas:

- Abatimiento de taludes En el Perú se le conoce comúnmente como "desquin- char y consiste en deslizar cuesta abajo, de manera controlada, las masas inestables de suelo y roca, utilizando mano de obra local cuando se trata de volú- menes pequeños o medianos. Para grandes volúme- nes se requiere del uso de maquinaria pesada para la formación de banquetas y de explosivos para des- prender bloques de roca inestables o muy intemperizados. En ambos casos es recomendable que 16s trabajos sean dirigidos por un ingeniero geotecnista o un geólogo con experiencia. ,

El método se puede utilizar en casi todos los tipos de deslizamiento, pero es efectivo en los de tipo rotacional y en los casos en los que se reali- zan cortes y relleno para formar plataformas para carreteras, canales y obras urbanas.

En muchos casos será necesario retirar la cobertura vegetal, por lo que se hace imprescindible un estudio de impacto ambiental que indique qué vegetación de- berá ser restituida.

Obras de drenaje El agua tiene un doble efecto negativo sobre las pendientes: las erosiona supedicialmente debido a la es- correntia e incrementci las cargas y disminuye la resistencia del suelo a los deslizamientos; por lo tanto, es importante evitar que el agua corra por la superficie y que penetre a la masa de suelo. Un método muy utilizado en ingeniería consiste en construir en la parte alta canales de drenap que intercepten los flujos de agua y los descarguen fuera del área de interés. También deben colocarse pequeños canales de drenaje en cada banqueta, con la finalidad de que evacuen el agua lateralmente.

El drenaje del agua de la masa de suelo, mediante la introducción de tuberías perforadas en un plano

Fenómenos geológico-clima'ticos

ligeramente inclinado, disminuye su peso y reduce las cargas hidrostáticas que pueden volcar los muros de contención. El drenaje subterráneo puede lo- grarse mediante este mismo tipo de tubería, pero dispuesta en forma de W o Y, dependiendo de las condiciones en que se encuentre el agua infiltrada. Ver F-6DE31 y F-6DE32.

Sobre la parte inferior del drenaie vertical o donde el agua subterránea que se drena es abundante, es conveniente colocar gaviones alargados para evitar la fuerte erosión que se produce al pie del sistema.

Incremento de la Resistencia Interna del Suelo

En la actualidad existen diversos materiales sintéticos, como los geotextiles, cuya aplicación ayuda por un lado, a reducir derrumbes y por otro, a reforzar el suelo, como en el caso de una pista de aterrizaie construida sobre suelos blandos. Los fabricantes proveen de infor- mación detallada sobre sus características y formas más efectivas de uso.

Otro de los métodos más eficaces para proteger las pendientes es cubrirlas con plantas que reduzcan la erosión superficial y el intemperismo de las rocas, ya que sus raíces, que penetran y se entrecruzan, refuer- zan los suelos sueltos.

Los suelos constituidos por depósitos coluviales, materiales altamente intemperizados o flujos de barro de origen volcánico, así como los limos u otros suelos cohesivos poco compactos y húmedos, son los más adecuadas para la siembra de césped y demás plantas que protejan las pendientes.

Para tener éxito en el sembrado de protectoras, además de la calidad del suelo, es necesario considerar

factores del clima tales como temperatura, lluviosidad o grado de insolación. En general, la solución más prác- tica y económica es utilizar las que crecen en la región. Se debe tener especial cuidado cuando se efectúa el sembrado para evitar que sea erosionado o se seque por falta de riego.

Muros de Contención

Uno de los métodos más comunes para retener los derrumbes es colocar algún tipo de contención al pie del talud, que puede consistir en piedras debidamente aco- modadas, muros de gaviones, muros secos, muros de concreto reforzado en voladizo, F-6DE31 y F-6DE32, o muros de concreto reforzado anclados con varillas de acero en la masa rocosa sana, con lo que se logra estabilizar pendientes más empinadas y ganar espacio para carreteras y canales, F-6DE33. Existe abundante infor- mación bibliográfica al respecto incluyendo libros de texto de Ingeniería Civil.

F-6DE32 Corte AA. Esquema del flujo subterráneo de agua y el sistema de drenaje.

F-6DE33 Muros anclados en roca sana, F-6DE31 Esquema frontal de un sistema de drenaje. permiten estabilizar pendientes más empinadas.

julio Kuroiwa - Reducción de Desastres

F-6DE34 Geología de una porción del talud (Escala oripinal11500).

F4DE35 Muestra de un sector crítico.

Fenómenos geológico-climdticos

F-6DE36 Sector considerado estable.

F-6DE37 Vista hacia el Sur del talud. Los camiones están transportando transformadores eléctricos hacia Antamina.

Un Caso de Control de Deslizamientos Gracias al estudio de campo detallado que se efectuó en los aspectos geológico y de suelos, F-6DE34 identi- ficando y evaluando la estabilidad y volumen de las masas susceptibles de desplazarse, se lograron soluciones muy económicas para el control de los derrumbes. A manera de eiem~los la F-6DE35 y F-6DE36 presentan un sector inestable y otro estable, respectivamente; del primero serán removidos los materiales inestables y el segundo ya ha sido limpiado. La F-6DE37, muestra una vista parcial del talud mirando

En agosto de 1998, torrenciales lluvias causaron de-

rrumbes a lo largo de unos 900 m de la carretera de acceso a la mina Antamina, en Ancash, Perú, movili- zando aproximadamente 60 O00 m3 de material que in- terrumpió la vía.

El geólogo José Véliz, otros especialistas y el autor,

participaron como consultores para tratar de estabilizar dicho derrumbe. La metodología empleada fue la siguiente:

hacia el Sur.

- ' Levantamiento topográfico detallado a escalas apro- piadas, hasta 1 /500.

- Mapeo geológico estructural incluyendo fuentes de in- greso de agua al sector en estudio.

- Exploración del suelo mediante excavación a cielo abierto con profundidades de 3 a 5 m y perforaciones con maquinaria rotativa para profundidades mayores (hasta 70 m), con el objetivo de identificar masas de suelo inestables.

- Integración de los estudios, análisis y determinación de las causas de los derrumbes ocurridos, a fin de plantear las alternativas de solución.

sumamente peligrosos para la vida y salud del hombre, por lo que es necesario preparar planes de emergencia para abandonar la zona amenazada en el menor tiempo. Es absolutamente necesario realizar ensayos de evacuación. La metodología para preparar documentos ilustrativos, su difusión mediante folletos, charlas, la or-

ganización de la población amenazada y la realiza- ción de ensayos debe ser similar a la de erupciones vol- cánicas y tsunamis que puede ser revisada en los capí- tulos correspondientes.

Como ya se ha comentado, las Ilu Las principales soluciones ~lanteadas y ejecutadas fueron las siguientes: sismos son las causas más frecuentes de los deslizamien-

tos, por lo que deben ser utilizados como señales de alerta y alarma. En Hong Kong, la oficina de Control Geo- técnico del gobierno local ha instalado sofisticados sistemas de alarma electrónicos conectados con pluviómetros que señalan la posible ocurrencia de deslizamientos. Es- te es un peligro latente, debido a que, por la gran deman- da de terrenos y la alta densidad demográfica, elevados edificios han sido construidos en colinas empinadas para uso de numerosos residentes,

Diseño y construcción de un sistema de drenaje, para evitar que ingrese agua al sector en peligro y para evacuarla lo más rápido posible.

Abatimiento o "desquinche" de las masas inestables. - Construcción de muros de sostenimiento para reducir

en el futuro la inestabilidad de las masas de suelo. - Construcción de drenes horizontales, además de ban-

quetas en la parte superior del deslizamiento.


202 EXCAVACIONES A CIELO ABIERTO

Otro factor importante que hay que tomar en cuenta es conocer si la excavación se realizará en suelo o bien en roca porque el comportamiento mecánico cambia de acuerdo con el material presente, además de que los métodos de excavación tam- bién serán diferentes.

Problemas geotécnicos

Estabilidad de taludes

Como se mencionó anteriormente, el estudio de la estabilidad de un talud es muy importante en el diseno de excavaciones a cielo abierto.

De acuerdo con el material que se tenga en el sitio de construcción, se hará uso de la mecánica de suelos o de la mecánica de rocas para llevar a cabo los estudios relativos a estabilidad.

El objetivo principal de dichos estudios es localizar y prevenir el movimiento en masa del terreno en la zona de excavación. Dentro de estos movimientos en masa se tienen los deslizamientos, la reptación y solifluxión, según el profesor K. Tenaghi (Mechanism of Landslides, The Geologicai Society of America, Engineering Geology, 1950, p. 84), ya mencionados en el capítulo 8. (Véanse figuras 10.1 y 10.2.)

Un movimiento en la ladera que se presenta también de una manera imper- ceptible pero limitada a la costra superficial de suelo se llama solifluxión.

Según C.F. Stewart Sharpe en su trabajo Landslides and relatedphenomena publicado en Nueva York por Pageant Books, Inc. en 1960, existen diversas condiciones, pasivas o activas, que intervienen en un movimiento en masa.

Condiciones básicas o pasivas que favorecen un movimiento en masa del terreno:

a) Litológicas. b) Estratigráficas. c) Estructurales. 4 Topográficas. e) Orgánicas.

Causas activas o iniciadoras de un movimiento en masa del terreno:

a) Remoción del soporte. b) Sobrecarga. c) Reducción de la fricción. d) Reducción de la cohesión.

Lecturas sesión 02

PROBLEMAS GEOTÉCNICOS 203

e) Vibraciones del terreno. f ) Acción de cuna o palanqueo. g) Producción de pendientes fuertes. h) Deformaciones generales de la corteza terrestre por causas naturales.

de deslizamiento

Hay estabilidad

deslizamiento

Figura 10.1. Esquema de un deslizamiento.

Figura 10.2. Esquemade un movimiento de reptación. (Puig, J. B., Geología aplicada a la ingeniería civil y a la fotointerpretacidn, MBxico, Lito Juventud, 1970.)


Condiciones básicas o pasivas que favorecen un deslizamiento

Lito ldgicas

Presencia de formaciones suaves tales como rocas descompuestas hidratadas, cloríticas, micáceas, serpentínicas o talcosas, lutitas, sedimentos pobremente cementados, tobas y bentonita; materiales no consolidados incluyendo arenas, limos y gravas; y especialmente cualquier material arcilloso que pueda actuar como lubricante o fluir bajo presión.

Estratigráficas

Presencia de una o más capas masivas descansando sobre capas suaves; presencia de una o más capas permeables; alternancia de capas competentes e incompeten- tes, especialmente si algunas son arcillosas.

Estructurales

Echados muy inclinados o moderados de: a) estratos, foliación o cruceros; b) planos de juntas, c ) planos de fallas. Roca fuertemente fracturada o cizallada debido a: trituración, afallamiento, plegamiento, impacto de sismo, enfriamiento o desecación. Esfuerzos por deformación interna causada por erosión rápida, excavaciones a cielo abierto o excavaciones subterráneas. Lentes, bolsas o curias de arena u otros materiales porosos no drenados.

Topogrdficas

Acantilados o pendientes fuertes causados por:

Erosión por comentes, glaciares, viento y olas Afallamiento de bloques Afallamiento y plegamiento combinados Acantilamiento por medios artificiales

Orgánicas

Pérdida de suelo al deteriorarse su cubierta vegetal como resultado de clima caliente o seco, desforestación, cultivos o incendios.

Causas activas o iniciadoras

Remoción del soporte debido a:

1. Agentes naturales.

PROBLEMAS GEOTÉCNICOS 205

a) Socavación por corrientes de agua, glaciares, viento, oleaje. b) Flujo de capas subyacentes de arcilla plástica o arena. c) Disminución del volumen de la capa subyacente de material fino suelto

como resultado de esfuerzos (licuación). d) Flujo de lava. e) Fusión de la nieve de glaciares, frente acantilados. J) Reblandecimiento del terreno por absorción de agua a lo largo de un curso

de agua, lago o embalse por elevación del nivel de agua y falla del terreno saturado cuando el nivel desciende.

g) Ignición de capas de carbón o lignito en la base del talud. h) Solución de rocas solubles como sal, caliza, yeso u otras. i) Alteración química (intemperismo) de los materiales subyacentes.

2. Agentes humanos.

Aumento de la pendiente por socavación, excavación, explotación de canteras, mineo, cortes para obras civiles (cimentaciones, carreteras, canales).

Sobrecarga debida a:


a) Caídos de roca u otros deslizamientos, avalanchas de nieve. b) Saturaciónporaguade lluvia, nieve, granizo, manantiales, arroyos, etcétera.

2. Agentes humanos.

a) Volteo de material de rezaga de minas, canteras, excavaciones. b) Colocación de rellenos o terraplenes para carreteras, ferrocarriles, cimen-

taciones.

Reduccidn de la fricción por:


a) Lubricación del plano de deslizamiento: Agua de lluvia, nieve, granizo, manantiales, emanaciones volcánicas que penetran al terreno en cantidades o volúmenes anormales. Precipitación intensa o inundaciones. Remoción de la cubierta vegetal por incendios, deslizamientos previos o flujos de lodo. Grietas en la superficie del terrenocausadas por desecación, enfriamiento, temblores. Cambios en el drenaje con desarrollo de nuevos canales o bloqueo de los antiguos.


Agua subterránea: En cantidades anormales como resultado de bloqueo de flujos por deslizamiento, depósitos de talud. Sobresaturación de las capas de material fino suelto debido a la disminu- ción de vacios. Filtraciones de aceite. Alteración química que produce material untoso o plástico.

b) Reblandecimiento de una masa de roca no consolidada o suave por percolación de agua.

2. Agenles humanos.

a) Lubricación del plano de deslizamiento como resultado de:

Interrupción de drenaje de un área por colocación de relleno, material de rezaga o conformación del terreno elevando el nivel freático. Filtraciones de embalses, acueductos, canales. Remoción de la vegetación por incendio o deforestación.

b) Reblandecimiento de una masa de roca no consolidada o suave por percolación de agua, como se indica en los puntos anteriores del inciso a) .

Reduccidn de la cohesidn p o r

Desecación y disturbios en las capas de arcilla.

Vibraciones de la tierra causadas por:


a ) Temblores resultantes de: afallamiento, actividad volcánica, deslizamientos, colapso de cavernas.

b) Vibraciones menores debidas a: tránsito de animales, tormentas eléctricas.

2. Agentes humanos. Perforaciones, explosiones, cafionazos, paso de vehiculos pesados.

Acción de cutia y palanqueo debido a:


a) Expansión por la congelación de agua en fisuras. b) Presión hidrostática del agua en las juntas después de una lluvia fuerte.

PROBLEMAS G E O T ~ ~ N I C O S 207

c) Expansión causada por elevación de lemperatura. 6) Expansión causada por formación de compuestos de mayor volumen por

hidratación, oxidación, carbonatación. e) Crecimiento de las raíces de los árboles en las fisuras. f) Balanceo de los árboles por el viento. g) Hinchamiento de coloides por absorción de agua. h) Expansión resultante de una disminución de presión.

2. Agentes humanos.

a) Adición de agua con los resultados de a, b, d, g . b) Palanqueo deliberado con la m'mo, cufias o explosivos.

Produccidn o forrnacidn de escarpes sobrecargados p o ~

1. Afallmiento natural. 2. Plegamiento natural. 3. Colocación de relleno o material dc rezaga en ángulos o inclinaciones

mayores que el ángulo usual de reposo.

Deforniaciones generales de lu rierru por agentes naturales:

1. Variaciones de tcmperatura y presión atmosférica. 2. Efectos de mareas.

Condiciones de excavación

Tajos en roca

El método de excavación en un corlc depcnderá de la resistencia al csfucrao cortante de laroca. Se usan explosivos en rocas duras, lales como granitos o rocas suiimentarias fuertemente cementadas. En rocas muy fracturadas o con niuchas fisuras, puede necesitarse muy poca cantidad de explosivos (en el caso dc que sca necesaria alguna). Las pizarras muy alteradas y otros materiales con baja resisien- ciaal esfuerzocortante cn estado natural pucden desmenuzarse con unaroinpcdora o bulldozer para ser transportados posteriormente.

La aituracritica (es decir, la ináxiinapsible cn un tajo) es aproximadamente, y en algunos casos exactameiite, proporcional ri su resistencia al corte. Las rocas que precisan métodos más severos para romperse, generalmente pueden quedar con pendientes más fuertes que aquellas para rocas rn5s dt5hiles.

En granitos no fisurados y en basaltos pueden proyectarse fwntes práctica- mente vcriicalcs. Eii pizanas y areniscas duras, generalmente son seguras las

208 EXCAVACDNES A CIELO ABIERTO

pendientes de 0.5:l y 0.25:l. Sin embargo es necesario tomar en consideración la posición que guardan las rocas estratificadas en relación con la excavación y la dirección e intensidad de los sistemas de fallas, juntas o fracturas. Las observaciones sobre pendientes naturales en carreteras viejas o en cortes de carreteras a veces son provechosas para la elección de pendientes de excavación.

Los desniveles altos de roca deben subdividirse en secciones que gradual- mente se allanan hacia la cima. Las secciones están separadas unas de otras por bancadas (bermas), que pueden ser prácticamente honzontaies en la dirección perpendicular al eje del corte, pero deben tener declives longitudinales para evitar laacumulación de agua. El objetivo de estas bermas es triple: 1) disminuir la carga de roca que actúa sobre la parte más baja del declive; 2) evitar que el agua de la cima del corte y de las partes del declive baje hasta el suelo, y 3) evitar que los fragmentos de rocas y derrubios caigan en el suelo. El ancho de la berma depende de la profundidad del tajo, del tipo de la roca y de la topografia existente por encima del punto más alto del tajo. Ejemplo: en el caso de un tajo de 12 metros de alto en pizarra ligeramente alterada, puede bastar una berma de uno a 1.25 metros de ancho.

Tajos en suelos

Las relaciones de pendiente más comunes en suelos cohesivos son 1 : 1, 1.25: 1, 1.5: 1 y 2: 1, aunque se usan otras divisibles entre 0.25.

La estabilidad de la pendiente en los tajos se determina partiendo del escarpe del muro si se conocen la altura de éste y la resistencia al corte del material. En cortes bajos, no superiores a siete y nueve metros, la pendiente final del talud se determina al comparar la pendiente proyectada con las ya existentes que descan- san sobre materiales similares. Para tajos más altos la estabilidad se determina con base en los ensayos del laboratorio de mecánica de suelos y en los diversos métodos de análisis de estabilidad; además del análisis matemático, deberá hacerse una cuidadosa evaluación geotécnica del sitio. El objetivo principal de la investigación es determinar la variabilidad de la resistencia al corte del material en los diferentes puntos de la excavación.

Las arcillas fisuradas y las expansivas son particularmente críticas.

Movimiento de tierras

Según Krynine y Judd, Principios (le geología y geotecnia para ingenieros, p. 677, el "movimiento o remoción de tierras es la extracción de materiales dc la corteza terrestre y su utilización en la construcción de presas de tierra, carreteras, vías ferreas y terraplenes para sostener edificios".

PROBLEMAS GEoT~CNICOS 209

En efecto, un buen número de obras de ingeniería civil, incluye como parte primordial de la obra misma, la operación de "movimiento de tierras". Esta operación es sobre todo notable en la apertura de una via terrestre (carretera o vía ferrea), en la construcción de un canal, en la preparación de la zona de desplante de una gran estructura como puede ser la construcción de una cortina para una presa de almacenamiento, en la construcción de un aeropuerto e inclusive de un puerto marítimo interior, en la explotación a cielo abierto de un yacimiento de minerales metálicos o no metálicos como pueden ser: cobre, fierro, uranio, carbón, caolin, bentonita.

Cada una de las obras que se acaban de mencionar requiere necesariamente, antes de la construcción, para llevar a buen término la construcción misma y tener el mínimo de errores, de un estudio geotkcnico y de éste, la operación de "movimiento de tierras" necesita del conocimiento preciso de los materiales que se van a mover, llámense suelos, rocas blandas u otros.

La selección del equipo que utilizará el ingeniero en el movimiento de tierras, se hará en gran parte tomando como base la información relativa a los distintos tipos de materiales que se van a manejar, aprovechables o no aprovechables, y desde luego a otras consideraciones no geológicas como pueden ser el volumen, a distancia.

El equipo llamado por lo general equipo pesado, está representado por: tractores provistos de cuchilla y desgarradores, retroexcavadoras, palas, cargado- res frontales, dragas, motoescrepas y desde luego camiones de gran capacidad de carga (80 toneladas).

De acuerdo con P. Antoine y D. Fabre, Géologie apliquée au génie civil, París, Masson, 1980, p. 177, un estudio geotkcnico preliminar o detallado para fines de movimiento de tierras, debe llevar a contestar, entre otras, las siguientes interrogantes:

¿Qué materiales se van a trabajar? ¿Cuál es el modo de extracción que hay que escoger? ¿Cuáles son las posibilidades de utilización del material extraído? ¿Qué volumen del material no es utilizable? ¿Se encontrará el manto freático durante los trabajos de excavación? ¿Cuál será la estabilidad del talud después de la excavación?

A continuación se hará una clasificación de los materiales y enseguida se men- cionarán los métodos de exploración que nos lleven al conocimiento de estos materiales.

Según su naturaleza los materiales se pueden clasificar en tres grandes grupos y los procedimientos de excavación para cada grupo requieren de técnicas muy diferentes:

1. Terrenos suaves. 2. Terrenos mixtos. 3. Terrenos rocosos.


l . Terrenos suaves Corresponden a este gmpo los materiales poco cohesivos o sin cohesión represen- tados por suelos residudes o transportados cuyo origen puede ser: duvial, lacustre, aluvio-lacustre, eólico marino, piroclásico y tambikn aquellos materiales que estuvieron sujetos a un proceso de alteración hidrotemal.

En este grupo tenemos materiales tales como: suelos residuales producto de la alteración total & rocas preexistentes con características de arena, limo o arcilla, así como materiales representativos de depósitos: duviales, aluvio- lacustres y lacustres recientes, glaciales, volcánicos, eólicos y marinos constituidos por:

Boleos. Gravas. Arenas. Arcillas y lirnos. Lapilli. Cenizas.

Materiales todos ellos fácilmente Uabajables que no necesitan del uso del desgarrador o de los explosivos.

2. Terrenos mixtos A este grupo están asociados los materiales antes mencionados, rocas parcialmente alteradas y materiales granulares cohesivos con cementantes calcáreos, arcillo- calcáreos, y arcillosos.

Dentro de este grupo encontramos los siguientes materiales:

Rocas alteradas o parcialmente alteradas

Volcánicas fgneas

Intnisivas Sedimentarias

Metamórficas

Algunas areniscas Lutitas Margas Algunas tobas Algunas rocas metamórficas

Estos materiales no necesitan del uso de explosivos pero si del desgarrador, del bulldozer de la escrepa.

EXPLORACI~N DE EXCAVACIONES A CIELO ABIERTO 21 1

3. Terrenos rocosos Este grupo incluye todas las rocas sanas sean éstas igneas (exmsivas o intnisivas), sedimentarias o metamórficas.

Rocas igneas

Basalto Riolita

Volcánicas Andesita Tobas

Granito InUusivas Granodiorita

Diorita Gabro

Rocas sedimentarias: caliza, marga, arenisca, conglomerado. Rocas metamórficas: mármol, cuarcita, gneiss, esquisto.

Según el grado de fracturamiento y alteración estos materiales eventualmente pueden ser explotados por medio del desganador y la cuchilla, por lo general la roca masiva sólo puede ser explotada con el uso de explosivos.

Exploración de excavaciones a cielo abierto

Para llegara conocer los distintos tipos de materiales con los cuales se va a trabajar al hacer una excavación a cielo abierto, se debe realizar un reconocimiento preliminar seguido de un estudio detallado.

Reconocimiento preliminar

Por reconocimiento preliminar se debe entender una inspecci6n general del terreno que requiere de un corto tiempo y un mínimo de erogaciones pero que permite definir las unidades litológicas existentes y sus características estructurales.

Por oua parte este reconocimiento preliminar proporcionará la información para elaborar un programa para un estudio detallado.

Una superficie de terreno expuesta situada a un ángulo con la horizontal se llama talud o pendiente n o restringida, y puede ser natural o construido. Si la superficie del terreno no es horizontal, una componente de la gravedad ocasionará que el suelo se mueva hacia abajo, como muestra la figura 10.1. Si la componente de la gravedad es suficientemente grande ocurrirá la falla del talud; es decir, la masa de suelo en la zona abcdea se deslizará hacia abajo. La fuerza actuante vence a la fuerza resistente de la resistencia al corte del suelo a lo largo de la superficie de ruptura.

En muchos casos los ingenieros civiles tienen que efectuar cálculos para verificar la seguridad de taludes naturales, taludes de excavaciones y de terraplenes compactados. Este proceso, llamado análisis de la estabilidad de taludes, implica determinar y comparar el esfuerzo cortante desarrollado a lo largo de la superficie más probable de falla con la resistencia cortante del suelo.

El análisis de la estabilidad de un talud no es tarea fácil. La evaluación de varia- bles tales como la estratificación del suelo y sus parámetros de resistencia cortante resulta una tarea formidable. La infiltración a través del talud y la selección de una superficie de deslizamiento potencial se agregan a la complejidad del problema. Este capítulo explica los principios básicos implicados en el análisis de estabilidad.

Factor de seguridad

La tarea del ingeniero encargado de analizar la estabilidad de un talud es determinar el factor de seguridad. En general, el factor de seguridad se define como

donde FS, = factor de seguridad con respecto a la resistencia = resistencia cortante promedio del suelo

~d = esherzo cortante promedio desarrollado a lo largo de la superficie potencial de falla

Lecturas sesión 03

10 Estabilidad de taludes

FIGURA 10.1 Falla de un talud.

La resistencia cortante de un suelo consta de dos componentes, la cohesión y la fric- ción, y se expresa como

= c + cr' tan q3 (10.2)

donde c = cohesión q3 = ángulo de fricción drenada

cr' = esfuerzo normal efectivo sobre la superficie potencial de falla

De manera similar, también escribimos

7 d = cd + cr' tan 4 d (10.3)

donde cd y 4d son, respectivamente, la cohesión efectiva y el ángulo de fricción que se desarrolla a lo largo de la superficie potencial de falla. Sustituyendo las ecuaciones (10.2) y (10.3) en la ecuación (10.1), obtenemos

Podemos ahora introducir algunos otros aspectos del factor de seguridad, es decir, el factor de seguridad con respecto a la cohesión FS, y el factor de seguridad con respecto a la fricción FS, y se definen como sigue:

10.2 Estabilidad de taludes infinitos sin infiltración

Cuando se comparan las ecuaciones (10.4), (10.5) y (10.6), vemos que cuando FS, se vuelve igual a FS6, ése es el factor de seguridad con respecto a la resistencia. O si

c - tan q5

c d tan q5d

podemos escribir

FS, = FS, = FSQ

Cuando F, es igual a 1, el talud está en un estado de falla incipiente. Generalmente, un valor de 1.5 para el factor de seguridad con respecto a la resistencia es aceptable para el diseño de un talud estable.

Estabilidad de taludes infinitos sin infiltración

Al considerar el problema de la estabilidad de un talud, comenzamos con el caso de un talud infinito, como muestra la figura 10.2. Un talud infinito es aquel en el que H es mucho mayor que la altura del talud. La resistencia cortante del suelo se da por la [ecuación (10.2)l

rf = c + u' tan 4

Evaluaremos el factor de seguridad contra una posible falla del talud a lo largo de un plano AB a una profundidad H por debajo de la superficie del terreno. La falla del talud ocurre por el movimiento del suelo arriba del plano AB de derecha a izquierda.

Consideremos un elemento de talud abcd, que tiene una longitud unitaria perpendicular al plano de la sección mostrada. Las fuerzas, F, que actúan sobre las caras ab y cd son iguales y opuestas y pueden despreciarse. El peso efectivo del elemento de suelo es (con presión del agua de poro igual a O).

W = (volumen del elemento de suelo) X (peso específico del suelo) = yLH (10.8)

El peso se resuelve en dos componentes:

1. Fuerza perpendicular al plano AB = N, = W cos 6 = yLH cos 6. 2. Fuerza paralela al plano AB = Ta = W sen 6 = yLH sen 0. Note que ésta es la

fuerza que tiende a causar el deslizamiento a lo largo del plano.

342 10 Estabilidad de taludes

A

R

FIGURA 70.2 Análisis de un talud infinito (sin infiltración).

El esfuerzo normal efectivo a' y el esfuerzo cortante en la base del elemento del talud son

N , - - yLH cos /3 área de la base r, \

= yH cos2 P

T = Ta - - yLH sen P

= yH cos B senB área de la base , L ,

La reacción al peso W es una fuerza igual y opuesta R. Las componentes normal y tangencia1 de R con respecto al plano AB son N, y T,:

N, = RcosB = Wcosp T,= RsenP = Wsenp

Por equilibrio, el esfuerzo cortante resistente que se desarrolla en la base del elemento es igual a (T,)/(área de la base) = yH sen 0 cos P. Esto también se escribe en la forma [ecuación (10.3)]

td = cd + u' tan 4,

10.2 Estabilidad de taludes infinitos sin infiltración 343

El valor del esfuerzo normal efectivo se da por la ecuación (10.9). Al sustituir la ecuación (10.9) en la ecuación (10.3) se obtiene

7-d = cd + y ~ ~ ~ ~ 2 0 tan 4d (10.13)

Así entonces,

yH senP cos P = cd + yH cos2 P tan 4 d

Cd -- - sen 0 cos 0 - cos2 0 tan ~ 5 d

rH

= cos2 P(tan 0 - tan 4d) (10.14)

El factor de seguridad con repecto a la resistencia se definió en la ecuación (10.7), de la cual

tan 4 c tan (5d = - y cd=-

FSS FSS

Sustituyendo las relaciones anteriores en la ecuación (10.14), obtenemos

Para suelos granulares, c = O, y el factor de seguridad, FS,, resulta igual a (tan 4)/(tan 0). Esto indica que, en un talud infinito de arena, el valor de FS, es independiente de la altura H y que el talud es estable siempre que 0 < 4. El ángulo 4 para suelos sin cohesión se llama ángulo de reposo.

Si un suelo posee cohesión y fricción, la profundidad del plano a lo largo del cual ocurre el equilibrio crítico se determina sustituyendo FS, = 1 y H = H,, en la ecuación (10.16). Así entonces,

EJEMPLO Considere el talud infinito mostrado en la figura 10.3. 10.1

a. Determine el factor de seguridad contra deslizamiento a lo largo de la interfaz suelo-roca, si H = 2.4 m.

b. ¿Qué altura H dará un factor de seguridad, FS,, de 2 contra deslizamiento a lo largo de la interfaz suelo-roca?


FIGURA 10.3

a. La ecuación (10.16) es

c tan q5 FS, = +-

yH cos2 0 tan 0 tan 0 Dado c = 9.6 kN/m2,y = 15.7 kN/m3,+ = 15",0 =25"y H = 2.4m, tenemos

9.6 tan 15 - FS, = +-- 1.24

(15.7)(2.4)(cos 25)(tan 25) tan 25

c tan q5 b. FS, = +-

yH cos2 /3 tan 0 tan 0 9.6 tan 15

2 = +- (15 .7 ) (~ ) (cos~ 25)(tan 25) tan 25

Estabilidad de taludes infinitos con infiltración

La figura 10.4a muestra un talud infinito. Suponemos que hay infiltración a través del suelo y que el nivel del agua freática coincide con la superficie del terreno. La resistencia

10.3 Estabilidad de taludes infinitos con infiltración 345

(b)

FIGURA 10.4 Análisis de un talud infinito (sin infiltración).


cortante del suelo se da por

Para determinar el factor de seguridad contra falla a lo largo del plano AB, consideremos el elemento abcd del talud. Las fuerzas que actúan sobre las caras verticales ab y cd son iguales y opuestas. El peso total del elemento de talud de longitud unitaria es

Las componentes de W en las direcciones normal y paralela al plano AB son

N, = W cos /3 = na&H cos /3 (10.19)

Y

T , = W sen = na&H sen P (10.20)

La reacción al peso W es igual a R. Entonces,

N , = R cos = W cos /3 = ysatLH cos

Y

Tr = R sen p = W senb = ys,LH seno

Damos el esfuerzo normal total y el esfuerzo cortante en la base del elemento. El esfuerzo normal total es

1 r 7=-- - ySat HCOS P sen 0 (10.24)

El esfuerzo cortante resistente desarrollado en la base del elemento también se da por

7 d = c d + a' tan q5d = cd +(a - u) tan q5d (10.25)

donde u = presión del agua de poro = y, H cos2 /3 (véase la figura 10.4b). Sustituyendo los valores de o [ecuación (10.23)] y u en la ecuación (10.25), obtenemos

7d = c d + (ysat ~ c o s ~ 0 - y, Hcos2 /3) tan dd

= c d + y l H cos2 0 tan q5d (10.26)

Ahora, haciendo los lados derechos de las ecuaciones (10.24) y (10.26) iguales entre sí, resulta

~ S ~ ~ H C O S P seno = c d + y l H cos2 /3 tan q5d

10.4 Taludes finitos 347

donde y' = peso específico efectivo del suelo, o

El factor de seguridad con respecto a la resistencia se encuentra sustituyendo tan +d =

(tan +)IFS, y cd = cIFS, en la ecuación (10.27), o

Refiérase a la figura 10.3. Si hay infiltración a través del suelo y el nivel del agua freática 10.2 coincide con la superficie del terreno, ¿cuál es el factor de seguridad FS,, cuando H = 1.2 m

y y,, = 18.5 kN/m3?

Solución La ecuación (10.28) es

c y' tan Q5 FS, = +--

ysatH cos2 P tan P y,,t tan P

por lo que tenemos

9.6 (18.5 - 9.81) tan 15 FS, = +

(18.5)(l.2)(cos2 25)(tan 25) 18.5 (a) =

Taludes finitos

Cuando el valor de H,, tiende a la altura del talud, éste es considerado generalmente como finito. Por simplicidad, al analizar la estabilidad de un talud finito en un suelo homogé- neo, tenemos que hacer una suposición acerca de la forma general de la superficie potencial de falla. Aunque existe una evidencia considerable de que las fallas de taludes ocurren sobre superficies de falla curvas, Culmann (1875) aproximó la superficie potencial de falla por un plano. El factor de seguridad, FS,, calculado usando la aproximación de Culmann, da resultados bastante buenos solamente para taludes casi verticales. Después de extensas investigaciones de fallas en taludes alrededor de 1920, una comisión geotéc- nica sueca recomendó que la superficie real de deslizamiento sea aproximada por una superficie circularmente cilíndrica.

Desde entonces, la mayoría de los análisis convencionales por estabilidad de taludes se han hecho suponiendo que la curva de deslizamiento potencial es el arco de un círculo. Sin embargo, en muchas circunstancias (por ejemplo, presas y cimentaciones sobre estratos débiles), el análisis de estabilidad usando fallas planas de deslizamiento es más apropiado y conduce a resultados excelentes.


Análisis de un talud finito con superficie de falla plana (método de Culmann)

Este análisis se basa en la hipótesis de que la falla de un talud ocurre a lo largo de un plano cuando el esfuerzo cortante promedio que tiende a causar el deslizamiento es mayor que la resistencia cortante del suelo. Además, el plano más crítico es aquel que tiene una razón mínima entre el esfuerzo cortante promedio que tiende a causar la falla y la resistencia cortante del suelo.

La figura 10.5 muestra un talud de altura H. El talud se eleva según un ángulo con la horizontal. AC es un plano de falla de prueba. Si consideramos una longitud unitaria perpendicular a la sección del talud, el peso de la cuña ABC = W:

1 = - H ( H cot 6 - H cot P)y

2

seno sen 6

Las componentes normal y tangencia1 de W con respecto al plano AC son las siguientes:

FIGURA 10.5 Análisis de un talud finito; método de Culmann.

10.4 Taludes finitos

N, = componente normal = Wcos 0

- - i yH2 (o- @ ] 2 sen 0 sen B

T , = componente tangencia1 = W sen 0

sen 0 sen B

El esfuerzo normal efectivo promedio y el esfuerzo cortante sobre el plano AC se expresa

a' = esfuerzo normal efectivo promedio

T = esfuerzo cortante promedio

El esfuerzo cortante promedio resistente desarrollado a lo largo del plano AC también se expresa como

T~ = cd + a' tan q5d

= cd + i y~ ('- ''1 COS B sen B tan md 2 sen osen 6

Ahora, de las ecuaciones (10.33) y (10.34), tenemos

1 1 yH (O- ''1 sen28 = cd + - yH sen osen B

[z ~ o S ~ , " ~ ] cos B sen B tan q5d (10.35)


1 [ sen@ - B)(sen 6 - cos 0 tan h ) cd= -yH

2 sen /3 1 La expresión en la ecuación (10.36) es derivada para el plano de falla de prueba AC.

Para determinar el plano crítico de falla, usamos el principio de los máximos y mínimos (para un valor dado de +d) para encontrar el ángulo 8 en el que la cohesión desarrollada será máxima. La primera derivada de cd con respecto a 8 se hace igual a O, o bien

Como y, H y P son constantes en la ecuación (10.36), tenemos

a - [sen(p - B)(sen 0 - cos 0 tan (bd)] = O ae

Resolviendo la ecuación (10.38) obtenemos el valor crítico de 8, o

P + 4 d e,, = - 2

Al sustituir el valor de 8 = O,, en la ecuación (10.36), obtenemos

La altura máxima del talud para la cual ocurre el equilibrio crítico se obtiene sustituyendo cd = c y +d = 4 en la ecuación (10.4). Entonces,

EJEMPLO Se va a hacer un corte en un suelo que tiene y = 16.5 kNlm3, c = 29 kNIm2, y + = 15". El 10.3 lado del talud del corte formará un ángulo de 45" con la horizontal. ¿Qué profundidad del

talud del corte tendrá un factor de seguridad, FS,, de 3?

10.5 Análisis de taludes finitos con superficie de falla circularmente cilíndricas. Generalídades 351

Solución Nos dan 4 = 15" y c = 29 kN/m2. Si FS, = 3, entonces FS, y FS9 deben ambos ser igual a 3. Tenemos

Similarmente,

tan 4 FS =-

W a n dd

tan 4 -tan 4 - tan 15 tan 4d=----- FSd FSs 3

tan 15 &= tanp1 = 5.1"

Sustituyendo los valores precedentes de cd y la ecuación (10.40) se obtiene

4X9.67 [ sen45 cos 5.1 4cd [ sena COS 4d ] - H = - 1 = 7.1 m Y 1 - cos(0 - 4d) 16.5 1 - C O S ( ~ ~ - 5.1)

Análisis de taludes finitos con superficie de falla =S--#=--* --==*--7z* S= -*&2

circularmente cilíndrica. Generalidades

En general, la falla de los taludes ocurre en uno de los siguientes modos (figura 10.6):

1. Cuando la falla ocurre de tal manera que la superficie de deslizamiento interseca al talud en, o arriba de, su pie, es llamada una falla de talud (figura 10.6a). Al círculo de falla se le llama círculo de pie si éste pasa por el pie del talud y círculo de talud si pasa arriba de la punta del talud. Bajo ciertas circunstancias es posible tener una falla de talud superficial como se muestra en la figura 10.6b.

2. Cuando la falla ocurre de tal manera que la superficie de deslizamiento pasa a alguna distancia debajo del pie del talud, se llama falla de base (figura 10.6~). El círculo de falla en el caso de una falla de base se llama círculo de medio punto.

Los diversos procedimientos de análisis de estabilidad, en general, se dividen en dos clases principales:


(a) Falla de talud

FIGURA 10.6 Modos de fallas de un talud finito.

1. Procedimiento de masa. Aqu;, la masa del suelo arriba de la superficie de deslizamiento se toma como unitwia. Esto es útil cuando el suelo que forma el talud se supone homogéneo, aunque no es común en el caso de la mayoría de los taludes naturales.

2. Método de las dovelas. En este procedimiento, el suelo arriba de la superficie de deslizamiento se divide en varias dovelas verticales paralelas. La estabilidad de cada dovela se calcula separadamente. Ésta es una técnica versátil en la que la no homogeneidad de los suelos y la presión del agua de poro se toma en considera- ción; también toma en cuenta el esfuerzo normal a lo largo de la superficie potencial de falla.

10.6 Procedimiento de masa del análisis de estabilidad 353

(b) Falla superficial de un talud

i - 4 - L - i

(c) Falla de base

FIGURA 10.6 (Continuación.)

Los fundamentos del análisis de la estabilidad de taludes por el procedimiento de masa y por el método de las dovelas se presentan en las secciones siguientes.

Procedimiento de masa del análisis de estabilidad (Superficie de falla circularmente cilíndrica)

Taludes en suelo arcilloso homogéneo con 4 = O (Condición no drenada)

La figura 10.7 muestra un talud en un suelo homogéneo. La resistencia cortante no drenada del suelo se supone constante con la profundidad y se da por T~ = e,. Para hacer


FIGURA 10.7 Análisis de la estabilidad de un talud en suelo homogéneo de arcilla (4 = 0).

el análisis de estabilidad, se selecciona una curva de deslizamiento potencial de prueba AED, que es un arco de un círculo que tiene un radio r. El centro del círculo está localizado en O. Considerando la longitud unitaria perpendicular a la sección del talud, damos el peso total del suelo arriba de la curva AED como W = W, + W2, donde

Wl = (área de FCDEF)(y)

Wz = (área de ABFEA)(y)

Note que y = peso específico saturado del suelo. La falla del talud ocurre por el deslizamiento de la masa del suelo. El momento de

la fuerza actuante respecto a O para causar la inestabilidad del talud es

donde 1, y 1, son los brazos de momento. La resistencia al deslizamiento se deriva de la cohesión que actúa a lo largo de la

superficie potencial de deslizamiento. Si cd es la cohesión que tiene que desarrollarse, el momento de las fuerzas resistentes respecto a O es entonces

Por equilibrio, MR = Md; se tiene entonces,

10.6 Procedimiento de masa del an6lisis de estabilidad 355

El factor de seguridad contra deslizamiento se halla ahora como:

Note que la curva potencial de deslizamiento AED fue escogida arbitrariamente. La superficie crítica es aquella para la cual la razón de c, a cd es un mínimo; en otras palabras, para la cual cd es un máximo. Para encontrar la superficie crítica por deslizamiento, se hacen varias pruebas con diferentes círculos de prueba. El valor mínimo del factor de seguridad así obtenido es el factor de seguridad contra deslizamiento del talud y el círculo correspondiente es el círculo crítico.

Problemas de estabilidad de este tipo fueron resueltos analíticamente por Fellenius (1927) y Taylor (1937). Para el caso de círculos críticos, la cohesión desarrollada se expresa por la relación

Note que el término m en el lado derecho de la ecuación anterior es adimensional y se llama número de estabilidad. La altura crítica (es decir, FS, = 1) del talud se evalúa sustituyendo H = H,, y cd = c, (movilización total de la resistencia cortante no drenada) en la ecuación (10.46). Así entonces,

Los valores del número de estabilidad m para varios ángulos de talud 6 están dados en la figura 10.8. Terzagh y Peck (1967) usaron el término yHlcd, el recíproco de m y lo lla- maron el factor de estabilidad. La figura 10.8 debe usarse con cuidado. Note que ella es vá- lida para taludes de arcilla saturada y es aplicable sólo a condiciones no drenadas (4 = 0).

Con referencia a la figura 10.8, considere lo siguiente:

1. Para ángulos de talud mayores que 53", el círculo crítico es siempre un círculo de pie. La localización del centro del círculo de pie se encuentra con ayuda de la figura 10.9.


Para p > 53": Todos los círculos son círculos de vie.

Para < 53":

Círculo de pie

Círculo de medio punto - m - Círculo del talud - - - - - - -

Ángulo del talud, /3 (grados)

FIGURA 10.8 (a) Definición de los parámetros para la falla tipo circular en el punto medio; (b) gráfica del número de estabilidad versus ángulo del talud (según Terzaghi y Peck, 1967; redibujada).

2. Para /3 < 53", el círculo crítico es un círculo de pie, de talud, o de medio punto, dependiendo de la localización de la base firme bajo el talud, denominada la función de profundidad, que se define como

distancia vertical de la cima del talud a la base firme D = (10.48)

altura del talud


P (grados)

FIGURA 10.9 Localización del centro de los círculos críticos para P > 53".

3. Cuando el círculo crítico es un círculo de medio punto (es decir, la superficie de falla es tangente a la base firme), su posición se determina con ayuda de la figura 10.10.

4. El máximo valor posible del número de estabilidad por falla en el círculo de medio punto es 0.181.

Fellenius (1927) también investigó el caso de los círculos críticos de pie para taludes con f i < 53". La localización de éstos se determina usando la figura 10.11 y la tabla 10.1.


n

FIGURA 10.10 Localización del circulo de medio punto.

Note que esos círculos de punta críticos no son necesariamente los círculos más críticos que existen.

EJEMPLO Un talud cortado en arcilla saturada (figura 10.12) forma un ángulo de 56" con la hori- 10.4 zontal.

a. Determine la profundidad máxima hasta que el corte puede hacerse. Suponga que la superficie crítica por deslizamiento es circularmente cilíndrica. ¿Cuál será la naturaleza del círculo crítico (es decir, de pie, de talud, o de medio punto)?

10.6 Procedimiento de masa del análisis de estabilidad

FIGURA 10.11 Localización del centro de los círculos críticos de punta para p < 53".

b. Con referencia a la parte a, determine la distancia del punto de intersección del círculo crítico de falla desde el borde superior del talud.

c. ¿Qué tan profundo debe hacerse el corte si se requiere un factor de seguridad de 2 contra deslizamiento?

Solución

a. Como el ángulo del talud 0 = 56" > 53", el círculo crítico es un círculo de pie. De la figura 10.8, para 0 = 56", m = 0.185. Usando la ecuación (10.47), tenemos

Tabla 10.1 Localización del centro de círculos críticos de pie (p < 53").

n' p (grados) ar (grados) cu2 (grados)

Nota: Para las notaciones de n', 6, al y a2, véase la figura 1 O. 1 1 .


FIGURA 10.12

b. Refiérase a la figura 10.13. Para el círculo crítico, tenemos - -

E = m = AF - AE = H,,(cot a - cot 56')

De la figura 10.9, para 0 = 56", la magnitud de a es de 33", por lo que

E = 8.25(cot 33 - cot 56) = 7.14 m = 7.15 m

c. La cohesión desarrollada es

FIGURA 10.13


De la figura 10.8, para 6 = 56", m = 0.185. Tenemos entonces

- EJEMPLO Un talud fue excavado en una arcilla saturada. El talud formó un ángulo de 40" con la 10.5 horizontal. La falla del talud ocurrió cuando el corte alcanzó una profundidad de 6.1 m.

Exploraciones previas del suelo mostraron que un estrato de roca estaba localizado a una profundidad de 9.15 m debajo de la superficie del terreno. Suponga una condición no drenada y y,,, = 17.29 kNlm3.

a. Determine la cohesión no drenada de la arcilla (use la figura 10.8). b. ¿Cuál es la naturaleza del círculo crítico? c. Con referencia a la punta del talud, ¿a qué distancia intersecó la superficie de

deslizamiento el fondo de la excavación?

Solución

a. Con referencia a la figura 10.8, encontramos

De la figura 10.8, para B = 40" y D = 1.5, m = 0.175, por lo que

b. Círculo del medio punto c. De la figura 10.10, para D = 1.5 y 6 = 40°, n = 0.9, por lo que

distancia = (n)(H,,) = (0.9)(6.1) = 5.49 m

Taludes en suelo homogéneo con C#I > O

En la figura 10.14a se muestra un talud en un suelo homogéneo. La resistencia cortante del suelo se da por

La presión de poro se supone igual a O. AC es un arco circular de prueba que pasa por la Punta del talud, y O es el centro del círculo. Considerando una longitud unitaria

(b)

FIGURA 10.14 Análisis de taludes en suelos homogéneos con 4 > 0.


perpendicular a la sección del talud, encontramos

peso de la cuña de suelo ABC = W = (área de ABC)(y)

Por equilibrio, las siguientes fuerzas también están actuando sobre la cuña:

1. Cd, que es la resultante de la fuerza cohesiva y es igual a la cohesión unitaria desarrollada multiplicada por la longitud de la cuerda AC. La magnitud de Cd se da por (figura 10.14b).

Cd actúa en una dirección paralela a la cuerda AC (figura 10.14b) y a una distancia a desde el centro del círculo O tal que

2. E que es la resultante de las fuerzas normal y de fricción a lo largo de la superficie de deslizamiento. Por equilibrio, la línea de acción de F debe pasar por el punto de intersección de la línea de acción de W y Cd.

Ahora, si suponemos movilizada la fricción total (4d = 4 o FS4 = l), la línea de acción de F formará un ángulo 4 con una normal al arco y será entonces una tangente a un círculo con su centro en O y radio igual a r sen 4. Este círculo se llama círculo de fricción. El radio del círculo de fricción es en realidad un poco mayor que r sen 4.

Como las direcciones de U: Cd y F y la magnitud de W se conocen, dibujamos un polígono de fuerzas, como muestra la figura 10.14~. La magnitud de Cd se determina con el polígono de fuerzas. La cohesión unitaria desarrollada entonces se encuentra así:

La determinación de la magnitud de cd descrita previamente se basa en una superficie de deslizamiento de prueba. Varias pruebas deben hacerse para obtener la superficie de deslizamiento más crítica a lo largo de la cual la cohesión desarrollada es un máximo. Es posible entonces expresar la cohesión máxima desarrollada a lo largo de la superficie crítica como

Para el equilibrio crítico, es decir, FS, = FS, = FS, = 1, sustituimos H = Hcr y cd = c en la ecuación (10.51):


Ángulo del talud, P (grados)

FIGURA 70.75 Número de estabilidad de Taylor para 4 > 0.

donde m = número de estabilidad. Los valores de m para varios valores de 4 y P (Taylor, 1937) se dan en la figura 10.15. El ejemplo 10.6 ilustra el uso de esta carta.

Los cálculos han mostrado que para 4 mayor que aproximadamente 3", los círculos críticos son todos círculos de pie. Usando el método de Taylor de la estabilidad del talud (Ejemplo 10.6), Singh (1970) proporcionó gráficas de iguales factores de seguridad, FS,, para varios taludes y se dan en la figura 10.16. En esas cartas se supuso que la presión del agua de poro es igual a O.

EJEMPLO Un talud con B = 45" va a construirse con un suelo que tiene 4 = 20" y c = 24 kNIm2. El 10.6 peso específico del suelo compactado será de 18.9 kNIm3.

a. Encuentre la altura crítica del talud. b. Si la altura del talud es de 10 m, determine el factor de seguridad con respecto a

la resistencia.


4J (grados) 4J (grados)

(a) Talud: vertical 1, horizontal 0.5 (b) Talud: vertical 1, horizontal 0.75

4J (grados) 4J (grados)

(c) Talud: vertical 1, horizontal 1 (d) Talud: vertical 1, horizontal 1.5

FIGURA 10.16 Curvas de igual factor de seguridad (según Singh, 1970).

Solución

a. Tenemos

m=- yHcr

De la figura 10.15, para 0 = 45" y 4 = 20°, m = 0.06. Por tanto


4 (grados) 4 (grados)

(e) Talud: vertical 1, horizontal 2 ( f ) Talud: vertical 1, horizontal 2.5

4 (grados)

(g) Talud: vertical 1, horizontal 3

FIGURA 10.16 (Continuación.)

b. Si suponemos que toda la fricción se moviliza, entonces, con referencia a la figura 10.15 (para /3 = 45" y cPd = 4 = 20°), tenemos


Entonces,

tan4 tan20 F S 4 = - = - = 1 tan 4d tan 20

Como FS, # FSb, éste no es el factor de seguridad con respecto a resistencia. Realicemos ahora otra prueba. Sea el ángulo de fricción desarrollado, f # ~ ~ , igual a

15". Para 0 = 45" y el ángulo de fricción igual a 15", encontramos de la figura 10.15

Para esta prueba,

tan 4 tan 20 - FS,= --

tan 4 d tan 15

Cálculos similares de FSb y FS, para varios valores supuestos de (bd, se dan en la siguiente tabla:

Los valores de FSb están graficados contra sus valores correspondientes de FS, en la figura 10.17, de donde encontramos


mc

FIGURA 10.17

Mktodo de las dovelas

El análisis por estabilidad usando el método de las dovelas se explica con referencia a la figura 10.18a, en donde AC es un arco de un círculo que representa la superficie de falla de prueba. El suelo arriba de la superficie de falla de prueba se divide en vanas dovelas verticales. El ancho de cada dovela no tiene que ser el mismo. Considerando una longitud unitaria perpendicular a la sección transversal mostrada, las fuerzas que actúan sobre una dovela típica (n-ésima dovela) se muestran en la figura 10.18b. W, es el peso efectivo de la dovela. Las fuerzas N, y T, son las componentes normal y tangencia1 de la reacción R, respectivamente. P, y P,,, son las fuerzas normales que actúan sobre los lados de la dovela. Similarmente, las fuerzas cortantes que actúan sobre los lados de la dovela son T, y T,,,. Por simplicidad, la presión de poro del agua se supone igual a O. Las fuerzas P,, P,,,, T, y T,,, son difíciles de determinar. Sin embargo, hacemos una suposición aproximada de que las resultantes de Pn y T, son iguales en magnitud a las resultantes de P,,, y T,,, y también que sus líneas de acción coinciden.

Lecturas sesión 04

10.7 Método de las dovelas 369

(b) FIGURA 10.18 Análisis de estabilidad por el método ordinario de las dovelas: (a) superficie de falla de prueba; (b) fuerzas que actúan sobre la n-ésima dovela.


Por consideraciones de equilibrio, tenemos

N , = Wn cos a,

La fuerza cortante resistente se expresa como

'(un) - [ e + c' tan mlALn T , = ~ ~ ( u ~ ) = -- - FS, FS,

El esfuerzo normal efectivo u' en la ecuación (10.53) es igual a

N, - Wn cos a, -- u n u n

Por equilibrio de la cuña de prueba ABC, el momento de la fuerza actuante respecto a O es igual al momento de la fuerza resistente respecto a O, o bien

n =p n =p Wn cos an Krsen,= E L ( , +

n=l n=i FSs u n

Nota: AL, en la ecuación (10.54) es aproximadamente igual a (b,)l(cos a,), donde b, = ancho de la n-ésima dovela.

Note que el valor de a, puede ser positivo o negativo. El valor de a, es positivo cuando la pendiente del arco está en el mismo cuadrante que el talud del terreno. Para encontrar el factor mínimo de seguridad, es decir, el factor de seguridad para el círculo crítico, se hacen varias pruebas cambiando el centro del círculo de prueba. A este método se le llama generalmente el método ordinario de las dovelas.

Por conveniencia, en la figura 10.18 se muestra un talud en un suelo homogéneo. Sin embargo, el método de las dovelas se extiende a taludes con suelo estratificado, como muestra la figura 10.19. El procedimiento general del análisis de estabilidad es el mismo. Existen algunos puntos menores que deben tomarse en cuenta. Cuando la ecuación (10.54) se usa para el cálculo del factor de seguridad, los valores de 4 y c no serán los mismos para todas las dovelas. Por ejemplo, para la dovela no. 3 (figura 10.19), tenemos que usar un ángulo de fricción 4 = 43 y una cohesión c = c3; similarmente, para la dovela no. 2,4 = 42 y c = cp

Método simplificado de las dovelas de Bishop

En 1955, Bishop propuso una solución más refinada para el método ordinario de las dovelas. En este método, el efecto de las fuerzas sobre los lados de cada dovela se toma en

10.7 Método de las dovelas

FIGURA 10.19 Análisis de estabilidad por el método ordinario de las dovelas para taludes en suelos estratificados.

cuenta en alguna medida. Podemos estudiar este método con referencia al análisis de taludes presentado en la figura 10.18. Las fuerzas que actúan sobre la n-ésima dovela

-AP mostrada en la figura 10.18b han sido redibujadas en la figura 10.20a. Sean Pn - Pn+l - y Tn - Tn+, = AT. Escribimos también

tan 4 CAL, T,=Nr(tan 4 d ) + Q a t z = ~ ~ ( ~ ) + s,

La figura 10.20 b muestra el polígono de fuerzas para el equilibrio de la n-ésima dovela. Sumando las fuerzas en la dirección vertical resulta

c a n Wn+AT-- sena, N, =

FS, tan a5 sena,

cos a, + '

FSs

Por equilibrio de la cuña ABC (figura 10.18a), al tomar momentos respecto a O, resulta


(a) ('J)

FIGURA 10.20 Método simplificado de las dovelas de Bishop: (a) fuerzas que actúan sobre la n-ésima dovela; (b) polígono de fuerzas de equilibrio.

1 donde T , = - ( c + a' tan 4) ALn

FSS

-- - l ( c AL. + N, tan m) (10.58) FSS

Al sustituir las ecuaciones (10.56) y (10.58) en la ecuación (10.57), tenemos n=p

1 ( cb , + Wn tan 4 + AT tan 4) -

FSs = m. (4 n=p (10.59)

Wn sena, n=l

donde

70.7 Método de las dovelas

Por simplicidad, si hacemos AT = O, la ecuación (10.59) toma la forma

Note que el término FSs está presente en ambos lados de la ecuación (10.61). Por consiguiente, se requiere adoptar un procedimiento de pruebas y error para encontrar el valor de FS, . Igual que en el método ordinario de las dovelas, deben inves- tigarse varias superficies de falla para encontrar la superficie crítica que proporcione el mínimo factor de seguridad.

El método simplificado de Bíshop es probablemente el método más ampliamente usado. Con ayuda de una computadora, este método da resultados satisfactorios en la ma- yoría de los casos. El método ordinario de las dovelas se presenta en este capítulo mera- mente como una herramienta de aprendizaje que rara vez se usa ahora debido a que es demasiado conservador.

EJEMPLO Para el talud mostrado en la figura 10.21, encuentre el factor de seguridad contra desli- 10.7 zamiento en la superficie de deslizamiento de prueba AC. Use el método ordinario de

dovelas.

Solución La cuña de deslizamiento es dividida en siete dovelas. El resto de los cálculos se muestran en la tabla.

FIGURA 10.21


Dovela W @n A Ln W, sen a, W, cos a,

no. (kNlm) (grados) sena, cosa, (m) (kNlm) (kNIm) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

21.1 238.5 268.1 177.1 81.2 o

- 9.25

Ccol. 7 = 776.75 kN1m

6.7 173.1 342.94 397.8 381.8 268.8

65.9

Ccol. 8 = 1638.04 W m

(Ccol. 6)(c) + (Ccol. 8) tan q5 FS,, =

Ccol. 7

Análisis de estabilidad por el método de las dovelas para infiltración con flujo establecido

Los fundamentos del método ordinario de las dovelas y del método simplificado de Bishop se presentaron en la sección 10.7 y supusimos que la presión, del agua de poro era igual a O. Sin embargo, para una infiltración de estado permanente a través de taludes, como es la situación en muchos casos prácticos, la presión del agua de poro tiene que tomarse en cuenta cuando se usan parámetros de resistencia cortante efectiva. Necesitamos entonces modificar ligeramente las ecuaciones (10.54) y (10.61).

La figura 10.22 muestra un talud a través del cual existe una infiltración con flujo establecido. Para la n-ésima dovela, la presión de poro promedio en el fondo de la dovela es igual a u, = h,y,. La fuerza total causada por la presión de poro en el fondo de la n-ésima dovela es igual a u, AL,. Así entonces, la ecuación (10.54) modificada para el método ordinario tomará la forma

10.9 Solución de Bishop y Morgenstern para la estabilidad de taludes simples con infiltración 375

FIGURA 10.22 Estabilidad de taludes con infiltración en régimen permanente.

Similarmente, la ecuación (10.61) para el método simplificado modificado de Bishop to- mará la forma

Note que W,, en las ecuaciones (10.62) y (10.63) es el peso total de la dovela. Usando el método de las dovelas, Bishop y Morgenstern (1960) proporcionaron

cartas para determinar el factor de seguridad de taludes simples que toman en cuenta los efectos de la presión del agua de poro. Esas soluciones están dadas en la siguiente sección.

Solución de Bishop y Morgenstern para la estabilidad de taludes simples con infiltración

Usando la ecuación (10.63), Bishop y Morgenstern desarrollaron tablas para el cálculo de FS, para taludes simples. Los principios de esos desarrollos se explican como sigue: En la ecuación (10.63), tenemos

W n = peso total de la n-ésima dovela = yb,zn (10.64)


donde z, = altura promedio de n-ésima dovela un = hn~w

Podemos hacer

Note que r,(,) es una cantidad adimensional. Sustituyendo las ecuaciones (10.64) y (10.65) en la ecuación (10.63) y simplificando, obtenemos

1 ] :[-- c 6 , + -- bnzn [l - ru(n)] tan 4 bn Zn XC y H H H H E-- sena,

n=l H H "44

Para una condición de infiltración con flujo establecido se toma un valor promedio pesado de r,(,), que es una constante. Sea r, el valor promedio pesado de r,(,). Para la mayoría de los casos prácticos, el valor de r, se llega a 0.5. Entonces

El factor de seguridad basado en la ecuación precedente se resuelve y expresa en la forma

donde m' y n' son coeficientes de estabilidad. La tabla 10.2 da los valores de m' y n' para varias combinaciones de clyH, D, 4 y P.

Para determinar FS, de la tabla 10.2, use el siguiente procedimiento paso a paso:

1. Obtenga 4, P, y clyH. 2. Obtenga r, (valor promedio pesado). 3. De la tabla 10.2, obtenga los valores de m' y n' para D = 1,1.25 y 1.50 (para los

parámetros requeridos 4, P, r, y clyH. 4. Determine FS, usando los valores de m' y n' para cada valor de D. 5. El valor requerido de FS, es el menor de los obtenidos antes en el paso 4.


Tabla 10.2 Valores de m' y n' de Bishop y Morgenstern.

a. Coeficiente de estabilidad m' y n' para clyH = O

Coeficientes de estabilidad para taludes de tierra ppppp - -

Talud 2 : 1 Talud 3 : 1 Talud 4: 1 Talud 5: 1

b. Coejkiente de estabilidad m' y n' para clyH = 0.025 y D = 1 .O0

Coeficientes de estabilidad para taludes de tierra

Talud 2: 1 Talud 3 : 1 Talud 4: 1 Talud 5 : 1


Tabla 10.2 (Continuación.)

c. CoeJiciente de estabilidad m' y n' para clyH = 0.025 y D = 1.25


Talud 2 : 1 Talud 3 : 1 Talud 4: 1 Talud 5 : 1

Q m' n' m' n' m' n' m' n'

10.0 0.737 0.614 0.901 0.726 1.085 0.867 1.285 1.014 12.5 0.878 0.759 1.076 0.908 1.299 1.098 1.543 1.278 15.0 1.019 0.907 1.253 1.093 1.515 1.311 1.803 1.545 17.5 1.162 1.059 1.433 1.282 1.736 1.541 2.065 1.814

20.0 1.309 1.216 1.618 1.478 1.961 1.775 2.334 2.090 22.5 1.461 1.379 1.808 1.680 2.194 2.017 2.610 2.373 25.0 1.619 1.547 2.007 1.891 2.437 2.269 2.879 2.669 27.5 1.783 1.728 2.213 2.111 2.689 2.531 3.196 2.976

30.0 1.956 1.915 2.431 2.342 2.953 2.806 3.511 3.299 32.5 2.139 2.112 2.659 2.686 3.231 3.095 3.841 3.638 35.0 2.331 2.321 2.901 2.841 3.524 3.400 4.191 3.998 37.5 2.536 2.541 3.158 3.112 3.835 3.723 4.563 4.379

40.0 2.753 2.775 3.431 3.399 4.164 4.064 4.958 4.784

d. Coeficiente de estabilidad m' y n' para clyH = 0.05 y D = 1 .O0


Talud 2 : 1 Talud 3 : 1 Talud 4: 1 Talud 5 : 1

Q m' n' m' n' m' n' m' n'

10.0 0.913 0.563 1.181 0.717 1.469 0.910 1.733 1.069 12.5 1.030 0.690 1.343 0.878 1.688 1.136 1.995 1.316 15.0 1.145 0.816 1.506 1.043 1.904 1.353 2.256 1.567 17.5 1.262 0.942 1.671 1.212 2.117 1.565 2.517 1.825

20.0 1.380 1.071 1.840 1.387 2.333 1.776 2.783 2.091 22.5 1.500 1.202 2.014 1.568 2.551 1.989 3.055 2.365 25.0 1.624 1.338 2.193 1.757 2.778 2.211 3.336 2.651 27.5 1.753 1.480 1.380 1.952 3.013 2.444 3.628 2.948

30.0 1.888 1.630 2.574 2.157 3.261 2.693 3.934 3.259 32.5 2.029 1.789 2.777 2.370 3.523 2.961 4.256 3.585 35.0 2.178 1.958 2.990 2.592 3.803 3.253 4.597 3.927 37.5 2.336 2.138 3.215 2.826 4.103 3.574 4.959 4.288

40.0 2.505 2.332 3.451 3.071 4.425 3.926 5.344 4.668


Tabla 10.2 (Continuación.)

e. Coeficiente de estabilidad m' y n' para clyH = 0.05 y D = 1.25


Talud 2 : 1 Talud 3 : 1 Talud 4 : 1 Talud 5 : 1

4 m' n' m' n' m' n' m' n'

10.0 0.919 0.633 1.119 0.766 1.344 0.886 1.594 1.042 12.5 1.065 0.792 1.294 0.941 1.563 1.112 1.850 1.300 15.0 1.211 0.950 1.471 1.119 1.782 1.338 2.109 1.562 17.5 1.359 1.108 1.650 1.303 2.004 1.567 2.373 1.831

20.0 1.509 1.266 1.834 1.493 2.230 1.799 2.643 2.107 22.5 1.663 1.428 2.024 1.690 2.463 2.038 2.921 2.392 25.0 1.822 1.595 2.222 1.897 2.705 2.287 3.211 2.690 27.5 1.988 1.769 2.428 2.113 2.957 2.546 3.513 2.999

30.0 2.161 1.950 2.645 2.342 3.221 2.819 3.829 3.324 32.5 2.343 2.141 2.873 2.583 3.500 3.107 4.161 3.665 35.0 2.535 2.344 3.114 2.839 3.795 3.413 4.511 4.025 37.5 2.738 2.560 3.370 3.111 4.109 3.740 4.881 4.405

40.0 2.953 2.791 3.642 3.400 4.442 4.090 5.273 4.806

f. Coeficiente de estabilidad m' y n' para clyH= 0.05 y D = 1.50


Talud 2 : 1 Talud 3 : 1 Talud 4: 1 Talud 5: 1

4 m' n' m' n' m' n' m' n'

10.0 1.022 0.751 1.170 0.828 1.343 0.974 1.547 1.108 12.5 1.202 0.936 1.376 1.043 1.589 1.227 1.829 1.399 15.0 1.383 1.122 1.583 1.260 1.835 1.480 2.112 1.690 17.5 1.565 1.309 1.795 1.480 2.084 1.734 2.398 1.983

20.0 1.752 1.501 2.011 1.705 2.337 1.993 2.690 2.280 22.5 1.943 1.698 2.234 1.937 2.597 2.258 2.990 2.585 25.0 2.143 1.903 2.467 2.179 2.867 2.534 3.302 2.902 27.5 2.350 2.117 2.709 2.431 3.148 2.820 3.626 3.231

30.0 2.568 2.342 2.964 2.696 3.443 3.120 3.967 3.577 32.5 2.798 2.580 3.232 2.975 3.753 3.436 4.326 3.940 35.0 3.041 2.832 3.515 3.269 4.082 3.771 4.707 4.325 37.5 3.299 3.102 3.817 3.583 4.431 4.128 5.112 4.735

40.0 3.574 3.389 4.136 3.915 4.803 4.507 5.543 5.171


EJEMPLO Use los siguientes valores: 10.8

talud: horizontal 3: vertical 1

H = 12.6 m

q5 = 25"

c = 12 kN/m2

y = 19 kN/m3

r, = 0.25

Determine el factor mínimo de seguridad usando el método de Bishop y Morgenstern.

Solución Talud dado = 3H:lV, 4 = 25" y r, = 025, encontramos

c- l2 = 0.05 yH - (19)(12.6)

De las tablas 10.2a, b y c, preparamos la siguiente tabla:

D m' n' FS,= m' - n'r,

1 2.193 1.757 1.754 1.25 2.222 1 .S97 1.748 1.5 2.467 2.179 1.922

Por lo que el factor de seguridad mínimo es 1.748 = 1.75.

10.1 Para el talud mostrado en la figura 10.23 encuentre la altura H por equilibrio crítico cuando 0 = 25".

10.2 Refiérase a la figura 10.23. a. Si 0 = 25" y H = 3 m, ¿cuál es el factor de seguridad del talud contra desliza-

miento a lo largo de la interfaz suelo-roca? b. Para = 30°, encuentre la altura H que dará un factor de seguridad de 1.5

contra deslizamiento a lo largo de la interfaz suelo-roca. 10.3 Refiérase a la figura 10.23. Haga una gráfica de H,, versus el ángulo del talud /3

(para 0 variando de 20" a 40"). 10.4 En la figura 10.24 se muestra un talud infinito. Los parámetros de resistencia

cortante en la interfaz suelo-roca son c = 18 kN/m2 y 4 = 25". a. Si H = 8 m y 0 = 20°, encuentre el factor de seguridad contra deslizamiento a

lo largo de la superficie de la roca. b. Si 0 = 30°, encuentre la altura, H, para la cual FS, = 1. (Suponga que la presión

del agua de poro es O.)

CURSO TALLER "CONSERVACION DEL PATRIMONIO ARQUITECTONICO • AVANCES ESTRUCTURALES"

MECANICA DE SUELOS Y PELIGROS POR DESLIZAMIENTOS EN EL CENTRO HISTORICO DE CUSCO.

(SOIL CONDITIONS AND LAND SLIDE HAZARD AT THE HISTORICAL CENTER OF CUSCO CITY)

Ing. Carlos Fernandez Saca Vidal- [email protected] MSc. Especialista en Mecanica de Suelos. Profesor Principal- UNSAAC-CUSCO

EL CENTRO HISTORICO DEL CUSCO.

La ciudad del Cusco se desarrolla en el valle de rio Huatanay y tiene forma alargada de Nor Oeste a Sur Este y con una tendencia de crecimiento longitudinal que es mayor hacia el Sur Este. En la actualidad tiene un ancho maximo de 4 Km y una longitud de 16 Km, sin embargo estudios basados en proyecciones estadisticas de crecimiento poblacional y con parametros razonables de densidad urbana indican que en un plazo de 50 arios podria ocupar hasta 30 Km de longitud lIegando desde el Poblado de Poroy hasta la laguna de Huacarpay absorbiendo todos los poblados que se encuentran en el valle. Valle del cusco y el centro Hist6rico

En esta ciudad modema con costumbres que son una mezcla de la cultura andina y occidental se encuentra el centro historico que en su concepcion mas estricta ocupa solamente un area de 1 x 3 Km, sin embargo existen muros y otros elementos arquitectonicos de origen Pre Inca, Inca, Colonial y Republicano esparcidos en todo el valle.

Ciudad del Cusco: Actual: Poroy - San Jeronimo Futuro (50 arios) Poroy - Hasta Huacarpay Centro Historico

PATRIMONIO ARQUITECTONICO

Ancho=4 Km Largo = 16 Km Largo= 30 Km 1x3 km

EI patrimonio arquitectonico de la Ciudad del Cusco se puede dividir en 3 partes.

- Construcciones Pre Incas e Incas.- Conform ado por palacios, andenes, fortalezas, defensas ribererias y canales

- Construcciones Coloniales.- Conformado por edificios religiosos, casonas. - Construcciones Republicanas.- Conformado por cason as

Lecturas sesión 05

PRINCIPALES EDIFICACIONES RELIGIOSAS COLONIALES:

En el plano del centro de la ciudad se ha ubicado las edificaciones coloniales mas importantes.

1- Catedral 2- Compania de Jesus 3- Santo Domingo 4- La Merced. 5- Santa Catalina 6- Santa Clara 7 - San Francisco 8- Santa Teresa 9- San Bias 10- San Pedro 11- San Cristobal

ZONAS CON PATRIMONIO ARQUITECTONICO INCA.

Tambiim se ha ubicado en el mismo plano de la ciudad las areas con edificaciones Inca en las que se puede distinguir claramente que la parte central que ha sido asociada a la forma de un puma agazapado tiene los palacios y otras edificaciones de mayor calidad, con areas laterales con abundancia de muro incas en menor densidad y un area lateral hacia el sector de Picchu donde se presentan muros incas que son muy poco conocidos y estudiados.

IDENTIFICACION DE PELIGROS.

En el estudio del Mapa de Peligros de la ciudad del cusco se ha identificados de modo generico son 5 amenazas, algunas de elias estim conform ad as por varios tipos de amenaza, con la finalidad de concordar con la bibliografia que se emplea en este tema a nivel nacional:

Peligro Climatico: Peligro Geodinamico: Peligro Geologico Estructural:

(Erosion de riberas, Inundaciones, Nivel freatico alto). (Deslizamiento de taludes, Flujos de Iodo, Derrumbes) (Fallas Geologicas).

Peligro Geotecnico: Peligro Sismico: Peligro de Vientos: Peligro de Frio Extraordinario:

POSIBLE FALLA CUSCO.

(Asentamiento de sue los) (Amplificacion sismica) (No considerado importante) (No considerado importante)

La zona Urbana del Cusco en el distrito de Wanchac y alcanzando la parte Oeste del distrito de San Sebastian muestra varios desniveles bruscos que separan zonas marcadamente planas y conform ad as por materiales sedimentarios lacustres, la zona de pendiente muestra numerosos afloramientos de agua y zonas humedas asi como estratigrafia de suelos interrumpida claramente visibles en excavacion de calicatas pues presenta capas de arcilla blanca a blanca verduzca y amarillenta que han side identificadas como un tripoli calcareo 0 diatomita y que recibe la denominacion local de Ccontay. Este desnivel de unos 25m de alto se nota por el alineamiento de numerosas calles paralelas de fuerte pendiente en un tramo de 2 a 3 cuadras de longitud, las mas importantes son la bajada de Huamantiana, Av. Espinar, tramo final de la Av. 24 de Junio. otros desniveles similares no estan alineadas con las anteriormente citadas pero podrian ser parte del mismo fenomeno son el desnivel que produce fuerte pendiente en las vias, Av. Tacna, Huayna Capac, y paralelas. Estos sectores no han side identificados como una falla geologica pero podrian ser el producto de un desplazamiento relativo que por ser a la de los materiales lacustres correspondientes a lago Morkill seria considerado como reciente (Ref. 02). Informacion periodistica y fotografica del terremoto de 1950 que arraso la ciudad del Cusco indica la formacion de grietas importantes en chacras de San Sebastian, el titular de "La Tierra se Abre en San Sebastian" da indicios de que de existir esta falla podria haber sufrido desplazamiento relativo durante dicho evento sismico. Ya sea por la existencia de esta falla 0 por la presencia de sue los blandos, humedad y fuerte pendiente se ha considerado esta zona como de peligro en el Mapa de Contornos de peligros Especificos" y se aprecia en el "Mapa de Peligros" del presente informe.

DESLIZAMIENTOS.

Escarpa Falla Cusco - San Sebastian - Sismo 1950

Se han identificado numerosos sectores donde se pueden presentar deslizamientos de tierra que afecten al centro historico del Cusco, estos se citan a continuacion

- SECTOR SAPHY : - QUEBRADA AYAHUAYCO: - QUEBRADA PICCHU

- QUEBRADA SIPASPUQUIO: - QUEBRADA SACRAMAYO: - QUEBRADA HERMANOS AYAR - QU EBRADA CCORIMACHAH UAYN IYOC

Sin embargo el sector que significa un mayor peligro para el patrimonio arquitectonico de la ciudad del Cusco es la quebrada de saphy puesto que los taludes inestables se ubican a muy poca distancia del centro historico y la quebrada desemboca directamente en la plaza de armas.

HIDROLOGiA Y GENERACION DE CAUDALES PARA LA CUENCA DEL SAPHY

Calculos sobre datos hidrologicos entre: Precipitacion en la cuenca: Humedad: Cuenca:

Pendiente media de la cuenca Tiempo de concentracion: Pendiente media del cauce: Tiempo de concentracion: Evapotranspiracion real Infiltracion ponderada:

1965 a 1998 Min: 4.6mm - Jun, Max: 172.6 - Ene, Total anual: 837.6 Minima 48.61% Agosto Maxima 70.04 Febrero Area: 20.9Km2 Altitud media: 3773.3 msnm 31.26% 49.5 A 54.8 minutos. 7.36% 49.5 min. 0.0736 mm/h 69.60 mm/dia.

- Caudal maximo Instant3neo: 41.50m3/seg. Para un tiempo de retorno de 52 aiios, correspondiente a una probabilidad de ocurrencia de la precipitacion maxima de 75% durante la vida util de una obra de 20 aiios.

- Verificaci6n de una secci6n: Asumiendo canal trapezoidal, de 18m2 de seccion hidraulica y 12.62m de perimetro mojado, 2m de tirante, 0.312 de pendiente, 0.22 de rugosidad, el rio tiene capacidad para conducir 57.90m3, 10 que es menor que el maximo instanmneo calculado.

- Conclusiones y Recomendaciones: Faltan estaciones meteorologicas en la zona de estudio, se debe aprovechar el agua de los manantiales de la zona, hacen falta encauzamientos, forestacian y agricultura en armonia con la naturaleza, evitar la quema de bosques, contaminacian del agua y arrojo de basura mediante acciones de concientizacion de la poblacion.

TIPOS DE SUELOS

Para determinar la configuracion geotecnica de los suelos, y fundamentalmente para determinar el espesor del deposito cuaternario sobre la roca base, en la Ciudad del Cusco se ejecuta un extenso program a de estudios geofisicos.

ESTUDIO GEOFiSICO

Se han ejecutado Estudios Geofisicos (Prospeccian Sismica de Refraccion, Sondaje Electrico Vertical y Georradar) para la formulacion del Mapa de peligros de la ciudad del Cusco, comprendiendo las localidades de; San Jeronimo, San Sebastian, Wanchaq, Cusco Monumental, Santiago y zonas de expansion urbana: Saylla y Poroy.

- La profundidad maxima de investigacion alcanzada es de 380 metros, determinimdose en general estratos sedimentarios con una deposicion regular, siguiendo la forma de una cuenca 0 depresi6n, estas estructuras siguen una disposicion horizontal, comprendiendo las localidades de San Jer6nimo, San Sebastian, Wanchaq y Santiago.

- Pese a la profundidad alcanzada (380 metros) no se ha logrado determinar el basamento, debido a la gran potencia de los estratos sedimentarios el cual puede encontrarse a una mayor profundidad.

- EI Metodo de Georradar, ha proporcionado informacion continua de la geoforma de los estratos iniciales, asi como de sus espesores y profundidad.

RESULTADOS DEL ESTUDIO GEOFISICO.

- Los estratos determinados en su mayoria corresponden a depositos sedimentarios, originados por depositos coluvio-aluvionales y aluviales.

- Los capas superficiales determinadas presentan valores bajos de velocidades sismicas y las capas subyacientes un relativo incremento de estas, debido principalmente a la compacidad de los estratos.

- Existen otros tipos de suelos que se encuentran en las laderas de los cerros, los que generalmente estan form ados por suelos erosion ados de las partes altas.

- Por el metodo electrico (SEV) se han determinado 11 estructuras (horizontes geoelectricos), con diferentes caracteristicas y espesores.

- La disposicion de los estratos determinados sugiere que la ciudad del Cusco esia asentado bajo una antigua depresi6n en un ambiente lagunar.

- Los estratos superficiales determinados con el Metodo de Sondaje Electrico Vertical, muestran valores que indican presencia de humedad y existen horizontes con presencia de agua.

- Existe un afloramiento considerable de agua al Este del Aeropuerto, asi como tambien en la parte baja de Saylla, proxima a la linea ferrea.

- EI Metodo de Sondaje Electrico Vertical alcanz6 una profundidad de investigacion de 300m, no lIegando a determinar el basamento, 10 que sugiere que este estaria a mayor profundidad.

- Mediante el Metodo de Georradar se ha determinado dos fracturas en la zona de Poroy.

Se ha observado las secciones geofisicas de exploracion por Refraccion Sismica, Resistividad Electrica y Georradar, realizados por los especialistas dellnstituto Geofisico de la Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa. Estas secciones son coherentes con los tipos de sue los observados en los estudios geotecnicos que conforman la base de datos del presente proyecto, sin embargo no se puede complementar la informacion procedente de ambas fuentes pues la proveniente de estudios geofisicos es generica (poco especifica) y clasifica cada capa de acuerdo a su rigidez 0 porosidad y contiene en su descripci6n a varios tipos de suelos; sin embargo la profundidad que ausculta es mucho mayor, especialmente la obtenida de ensayos de Resistividad Electrica y la capa que ha side observada para la zonificacion geotecnica es muy delgada para la escala de este ensayo.

Secci6n longitudinal del valle del Cusco

~

r:_ A.IO

TIPOS DE SUELOS

Suelos Finos (F) En el presente estudio se agrupa bajo asta denominaci6n a los suelos conform ados por Arcillas y Limos y se ha incluido a las Arenas puesto que se observa que los sue los que se clasifican como arenas en el area de Cusco estan conformados por arenas finas a muy finas y uniformes que de acuerdo a la clasificaci6n SUCS colindan en forma muy cercana con los materiales limosos y su comportamiento esta algo alejado de los denominados sue los granulares Gravas y Arenas en general.

Gravas (G) Los suelos gravosos que se presentan en el proyecto son Gravas de origen fluvio aluvial, redondeadas, arenosas y compactas que se ubican adyacentes a los rios actuales del valle 0 en antiguas ubicaciones fluviales enterradas (paleocauces). Estas se encuentran generalmente en la parte baja del valle, formando venas alargadas de recorrido irregular. Van acompaiiadas estos dep6sitos por delgadas capas de arena media limpia sin grava, frecuentemente son conductoras de agua sub-superficial y gravas de origen coluvial, formadas por fragmentos angulares de diverse tamaiio mezclados con arena y limo, general mente de color rojizo distribuci6n ca6tica (sin estratificaci6n). Se ubican todo el rededor del valle del Cusco conformando la zona de transici6n topografica entre eiliano de piso de valle y las laderas empinadas.

Suelos Organicos (0) Los sue los organicos son escasos en la ciudad del Cusco, se han identificado 2 sectores seiialados en el mapa de suelos del presente estudio. En la zona de Choquechaca y Tullumayo se tiene dep6sitos de arcilla organica de color negro y verde oscuro mezclado con fragmentos de piedra grande, alcanzan hasta 6 m de profundidad y se encuentran a ambos lados del cauce del rio actualmente canalizado. Causan problemas a la construcci6n y requieren ser eliminados para ejecutar cualquier tipo de proyecto.

Roca (R) Los afloramientos de roca en la zona del proyecto se encuentran en las partes altas que circundan y flanquean al valle del Cusco, Hacia el Norte son predominantemente calizas y pocos yesos, Hacia el Nor Oeste se tienen Dioritas en pequeiia cantidad y se tienen Areniscas intercaladas con delgadas capas de lutitas rojas en el resto del perimetro del valle.

TIPOS DE SUELOS Y PATRIMONIO ARQUITECTONICO RELIGIOSO COLONIAL

Por superposicion de los puntos donde se encueniran las principales iglesias coloniales del cusco sabre el mapa de tipos de sue los elaborado, se observa que estas magnificas edificaciones se encuentran sobre sue los gravosos en su mayor parte y las menos sobre suelos fin~s.

DESLIZAMIENTO DE TALUDES

T OdDS los sectores mencionados en el titulo de geodinamica del presente articulo fueron evaluados en base a observacion de sus indicadores de estabilidad como son pendiente, vegetacion, presencia de agua, geologia y tip os de suelos. La quebrada de Saphy fue la que presenta los signos y antecedentes mas claros de inestabilidad y es un valle estrecho que desemboca directamente al centro historico del Cusco y sus taludes inestables se ubican a menDs de 1 Km de la Ciudad.

En esta quebrada se ha identificado 09 deslizamientos de los cuales 6 son los mas criticos y han sido elegidos para su estudio mediante perforaciones, penetracion dinamica ensayos de veleta de corte y ensayos de densidad de campo complementados con ensayos de corte directo en muestra restituida a densidad natural en un equipo especialmente disenado para suelos gravosos con particulas de 2.5" de diametro.

Tornillo de Control /" _: .. _ • .J ___ .. _

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-, I I I _.

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CALCULOS DE EST ABILIDAD.

Para el cillculo de estabilidad se eligi6 un metodo simple (Metodo de las Rebanadas) puesto que 10 aproximado de los datos no justifica el empleo de metodos mas sofisticados, sin embargo se consider6 3 casos para el calculo:

COMENTARIOS DEL CALCULO REALIZADO.

En la mayor parte de casos la superficie de falla mas critica se ha considerado en la interface del material deslizado con el material inalterado, esto por que se trata de taludes cuya falla se ha producido hace mucho tiempo y se reactivan con frecuencia. Por esta raz6n se emplea los parametros correspondientes al material deslizado.

Analisis normal (falla general- Humedad Natural) EI factor de seguridad en el estado actual normalmente debe resultar mayor que la unidad puesto que el talud esta en pie al momento del estudio. Si hay valores menores implica que en el interior se tienen materiales mas resistentes que los que se ha ensayado durante los estudios. Para valores pr6ximos a la unidad puede tratarse de imprecisiones del estudio en sus distintas etapas. No se ha considerado el calculo combinado con los efectos de sismo y flujo, puesto que las probabilidades combinadas resultan excesivamente pequeiias.

Analisis can sismo. Los taludes cuyo factor de seguridad resulta inferior a la unidad con sismo de 0.1, pueden fallar con un sismo como los que se registra frecuentemente. - Los taludes cuyo factor de seguridad resulta inferior a la unidad con sismo de 0.2, pueden fallar con un

sismo como los que se registra frecuentemente en el Cusco como el del 05 de Abril de 19860 de 08 de Mayo de1965.

- Los taludes cuyo factor de seguridad resulta inferior ala unidad con sismo de 0.3, pueden fallar con un sismo como los que se registr6 en Cusco el21 de Mayo de 1950.

Analisis can flujo. - Si el factor de seguridad es menor que la unidad para el analisis con 0=0 (talud saturado pero sin flujo)

implica que el talud fallara con en temporadas de lIuvias normales luego de que se produzcan precipitaciones fuertes.

- Si el factor de seguridad es menor que la unidad para el analisis con 0=1 (f1ujo de 1m sobre la superficie de falla aproximadamente) implica que el talud fallara con precipitaciones extraordinarias y condiciones de repeticion de lIuvias fuertes en el mismo sector en dias consecutivos 0 precipitaciones de prolong ada duracion.

- Se ha verificado casos con mayor altura de carga sobre el plano de falla (0= 2 Y 3)y es para los casos en que se tienen materiales con drenaje pobre 0 agrietamiento que favorece la infiltraci6n de gran des cantidades de agua hacia la superficie de falla.

Analisis can falla progresiva. Este analisis que como ya se dijo considera la propagacion della falla 0 grieta en el talud incluye los siguientes pasos: - Si la fuerza actuante "T" en la primera dovela superior es mayor que la resistencia del suelo "S", la falla

se inicia en esta dovela forman dose una grieta y una zona con el suelo remoldeado; por esta razon

debe calcularse nuevamente la resistencia pero esta vez con los parametros residuales de resistencia. Siendo este valor "Sr" aun menor se tiene que aparece una fuerza remanente 'T -Sr" que se traslada a la siguiente dovela.

- Se realiza el calculo en la siguiente dovela bajo el mismo criterio pero considerando en ella la fuerza que Ie transmite la dovela anterior. Asi se continua hasta la base del talud.

- Las ultimas dovelas tienen menor pendiente en la base por 10 que tienden a disminuir las fuerzas remanentes, aportando mayor fuerza resistente y menor fuerza actuante por 10 que el talud puede resultar estable si en la ultima dovela la fuerza resistente es mayor que la actuante.

- En el caso de que la fuerza actuante sea mayor que la resistente en la ultima dovela, se tiene el valor de la fuerza desequilibrada en todo el talud. Conociendo la masa del talud asi como la fuerza desequilibrada se puede calcular (estimar) la aceleraci6n del deslizamiento y predecir su recorrido para diferentes tiempos.

En este caso el factor de seguridad resultante es el de la ultima dovela al momento de la falla por 10 que se obtienen valores muy pequeiios y no pueden ser comparados con los obtenidos por los otros criterios.

F ACTOR DE RIESGO - RIESGO NORMALIZADO

Para estimar la magnitud del deslizamiento se ha tornado el criterio de la masa deslizada, que ha sido obtenida de la sumatoria del peso de las dovelas calculado en el analisis de estabilidad, y su ancho determinado en campo ha sido medido en los pianos dellevantamiento topografico al detalle que existe en cada deslizamiento.

Para el presente proyecto se ha definido un factor de riesgo que se basa en el principio de que la probabilidad de ocurrencia del deslizamiento es inversamente proporcional al factor de seguridad que Ie corresponde en el calculo y directamente proporcional alia masa deslizada:

FR = Masa IF. Seguridad

Este factor de riesgo ha side normalizado en la escala de a a 5 .

4.4.- PREDICCION DE LOS DESLIZAMIENTOS.

Una vez determinado que la mayoria de los taludes evaluados pueden fallar en condiciones criticas, se desea saber la altura del dique se podria formar con el material deslizado en la quebrada del rio. Para esto se ha hecho una estimaci6n asistida con calculos simples siguiendo los siguientes pasos: - Es conocido el peso de un metro de ancho de talud que entra en proceso de falla. - Se determina el ancho del talud promedio del plano en planta del deslizamiento. - Se determina el volumen de la masa deslizada dividiendo el peso entre el peso especifico del material. - Se calcula el volumen de esta masa en su posicion final considerando un volumen de esponjamiento.

- Se asume quebrada con forma parab61ica y que los escombros conformaran una parabola invertida en el sentido longitudinal del valle abarcando un ancho 20% mayor que el ancho del deslizamiento.

- Se calcula el alto que ocupara esta figura geometrica tridimensional para el volumen conocido y el ancho del valle, requiriendose un proceso de iteraci6n.

RESULTADOS· SECTOR DE SAPHI.

En este caso el fen6meno de mayor peligro es el que produciria un embalse de las aguas del rio y su posterior desembalse violento.

Factor de Seguridad T Con Sismo (Factor g) Con Flujo (~= m) a* R10* Califi-

0 0.1 0.2 0.3 0 0.5 1 1.5 2 3 cacion

1 1.29 1.05 0.88 0.82 1.23 1.16 1.09 1.02 ... ... ... ... Estable 2 0.94 0.82 0.73 0.66 0.85 0.84 0.83 0.82 ... ... 0.12 6.0 Inestable 3 1.42 1.29 1.20 1.13 1.14 1.14 1.14 1.14 ... ... ... ... Estable 4 0.97 0.82 0.69 0.59 0.95 0.93 0.90 0.88 ... ... 0.20 10.0 Inestable 5 1.22 1.01 0.83 0.69 1.22 1.13 1.05 0.96 ... ... 0.19 9.7 Inseguro 6 0.78 0.68 0.60 0.53 0.75 0.73 0.71 0.69 ... ... 0.51 26.0 Inestable 7 2.24 1.90 1.65 1.46 2.19 2.07 1.96 ... 1.73 ... ... . .. Estable 8 6.33 5.27 4.56 4.07 5.11 5.11 5.11 ... 5.11 . .. ... '" Estable 9 1.39 1.16 0.98 0.84 1.37 1.30 1.22 ... 1.07 0.92 0.38 19.0 Inseguro

* Aceleraci6n de la masa deslizada en m/seg2.

** Recorrido (m) de la masa deslizada en 10 segundos.

Volumen Ancho del Alto del F.S. Factor Talud Inicial Deslizado Valle Dique Dique c/sismo de Riesgo

(m3) (m3) (m) (m) (m) a=0.2 Nonnalizado 1 4985 6232 40 60 5.8 0.88 1 2 57739 72174 95 126 13.6 0.73 3 3 7378 9222 50 64.5 6.4 1.20 1 4 50465 63082 91 72 21.7 0.69 5 5 143834 179792 93 207 21.0 0.83 4 6 7115 8893 37.5 39 13.7 0.60 4 7 5418 6773 ... . .. ... 1.65 0 8 1235 1543 ... ... . .. 4.56 0 9 21749 27186 68 66 13.6 0.98 2

VCl..UMEN DE LOS DESUZAMIENTOS ~ SAPHI ALTURA DEL PDSIBLE EMBALSE DEL RIO

200000 25.0

-I I 180000

160000 I 20.0 f-

140000 i 120000 15.0 -

100000 I 80000 i 10.0 I---- r----- - r- j 60000

40000 501 It - f-

20000 IJ i o~ ~ ~""" 0.0 '-r- ~ J

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

DESUZAM IENTO DESUZAM IENTO

La zona donde se pueden presentar los deslizamientos de taludes comienza en la calle Saphy y abarca ambas margenes de la quebrada hasta 1Km de distancia hacia el Nor-Oeste y la quebrada del rio Sencca afluente del rio Saphy en una Iongitud de 500m aproximadamente.

La quebrada es cerrada y tiene la forma de "V" caracteristica de los valles j6venes y presenta muestras evidentes de deslizamientos antiguos y recientes en ambos lados. En la zona que aparenta ser de mayor riesgo se encuentra la construcci6n del campamento municipal que ha realizado cortes y rellenos para lograr un area horizontal donde ubicar sus instalaciones que comprenden oficinas, dep6sitos, areas de estacionamiento, campos deportivos, piscinas y un acceso vehicular.

Saphy por ser una quebrada muy estrecha con taludes inestables a ambos lados por 10 que el mayor riesgo es la posible formaci6n de un embalse que al romperse podria afectar al centro de la ciudad y a los monumentos hist6ricos mas importantes del Cusco. EI trabajo realizado comprende estudios de suelos, analisis de estabilidad de taludes en: condiciones normales, de sismo (Ieve, moderado y fuerte) asi como condiciones de precipitaci6n pluvial en 3 intensidades. Luego se ha llegado a determinar de modo aproximado la aceleraci6n probable del movimiento mediante el analisis de estabilidad con falla progresiva y la altura del dique que formaria cada uno de los deslizamientos

Dos de los 9 taludes inestables identificados conformarian un dique de 21 m de alto en caso de colapsar, a partir de esta informaci6n se ha estimado las Areas que afectaria este fen6meno y son las mas "valiosas" de la ciudad del Cusco pues incluyen a la calle Saphy, la Plaza de Armas y la Av. el Sol. Monumentos como La Iglesia de la Compania de Jesus, EI Paraninfo Universitario el Palacio de Justicia y muchas edificaciones importantes serian severamente afectadas (algunas serian destruidas).

Casi en todos los casos se tiene que, de producirse la falla, esta sera violenta puesto que se registran recorridos entre 6 y 26m en 10 segundos.

Vista parcial del mapa de

La figura es una parte del mapa de peligros de la ciudad del Cusco (Ref. 01) en la que se ha dibujado las aereas de peligro por diversos fen6menos naturales con la conocida convenci6n de colores de rojo Naranja y verde para peligro alto medio y bajo, hacia el centro hist6rico del cusco se tiene que se

aproxima un area de alto peligro que representa el sector que abarcaria el huayco de lodo, piedras y escombros que se produciria en caso de que se produzca un deslizamiento en el talud 3 de la quebrada de Saphy y que este produzca un embalse del agua del rio que de acuerdo a la modelacion realizada este forme un lago artificial de 21 m de alto y que luego se desembalse en forma violenta.

- Este ,:;uadro muestra que una franja de 20 a 25m seria arrasada en el sector rojo destruyendo viviendas portadas y portales en un ancho que se estima lIegaria a una habitacion de ancho hacia adentro del frente de los inmuebles.

- La fr,mja naranja implica un area que seria afectada con menos violencia con inundacion con agua 10 que podria ocasionar que se remojen las bases de las edificaciones de adobe y que colapsen muchos inmUl~bles.

- Se ha estimado que la franja roja lIegaria a una cuadra de la plaza de armas mientras que la franja nararja lIegaria cruzaria la plaza de armas para chocar contra los muros y portales del paraninfo universitario.

Como se puede apreciar el estudio cuenta con base tecnica detallada y fundamentada hasta la etapa de la determinacion de la altura de posible embalse producto de los deslizamientos, y se recomienda sea complementado con el calculo del volumen de agua almacenada en el embalse para cada caso y la mode lac ion fisica (real) 0 computarizada del flujo del desembalse para poder determinar con precision la zona afectada por este fenomeno.

OBRAS DE MITIGACION.

Para mitigar los efectos del desastre que causaria un deslizamiento, embalse y desembalse en la cuenca del rio Saphy se ha propuesto las siguientes obras (Ref. 02)

CONCLUSIONES

1. La ciudad del Cusco esm asentada en un valle donde confluyen numerosas cuencas hidrograficas, por 10 que la amenaza principal a su seguridad son las inundaciones y los deslizamientos de tierra asi como su efecto combinado en la forma de f1ujo de lodo producto del embalse y subsecuente desembalse violento.

2. Cusco es una zona sismica, el peligro de danos por causa de sismos es mayor en zonas de gruesos depositos de suelos blandos donde se produce amplificacion sismica sin embargo no se ha podido verificar esta condicion con los danos registrados en los sismos ocurridos hasta la fecha.

3. Las viviendas de adobe son los tipos de edificacion mas vulnerable de la ciudad y en mayor grado las que se encuentran en zonas humedas, de ladera 0 fuerte pendiente.

4. La zona de mayor peligro es la quebrada del rio Saphi, don de los numerosos deslizamientos estudiados entre el inicio de la canalizacion hasta la confluencia de los rios Muyuorco y Chacan, podrian embalsar las aguas en un dique de hasta 21 m de alto y su desembalse violento afectaria gravemente una franja de 50m de ancho a 10 largo de la calle Saphi, Plaza de Armas, Av. EI Sol y en menor grado la Alameda Pachacutec.

5. EI cauce de los principales rios (Huatanay, Saphy, Sipaspuquio, Tullumayo, Huancaro) han sido canalizados y angostados con reduccion de su cause original haciendolos zonas de alto peligro las inundaciones en el Cusco en los ultimos 50 anos se han producido Saphy, Ayahuayco, Choquechaca y rio Huatanay desde sus nacientes hasta el Distrito de San Jeronimo.

6. EI patrimonio arqueologico e historico de origen Incaico, Colonial y republicano en peligro de acuerdo a 10 mencionado en este informe es: Muros incaicos en la calle Saphi, EI local del Recotrado de la UNSAAC de la calle tigre, Iglesia de Santa Teresa, Portales Sur de la Plaza de armas, Paraninfo Universitario, Compania de Jesus, Palacio de Justicia, Museo de Sitio y explanada de Santo Domingo, y muros incaicos en Choquechaca.

RECOMENDACIONES

1. Realizar Estudios Hidrologicos y de Zonificacion Sismica e Hidrogeologicos de las cuencas del Cusco. 2. Iniciar un program a de control permanente (monitoreo) de los principales deslizamientos que amenazan

la ciudad, con grados de complejidad e inversion que esten acorde a su magnitud; los principales son los deslizamientos de Saphi, Huamancharpa, Picol, Hatunhuayco y Picchu considerando la posibilidad de instalar sistemas de alerta en algunos casos a fin de mitigar los efectos de posibles desastres naturales desastres.

3. Elaborar con urgencia proyectos de Mitigacion de Desastres para los sectores de de mayor peligro, caso Saphi con menor premura para los otros sectores mencionados.

4. Efectuar estudios hidrogeologicos en las inmediaciones de las fallas cuatemarias de tambomachay, Tankarpata

lecturas unidad iii - msapp

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