¿Cuál es el efecto de las grietas de tracción en análisis de estabilidad de taludes?
En estabilidad de taludes, un factor importante a considerar es la presencia de grietas de tracción, ya que típicamente constituyen la evidencia de un deslizamiento en proceso. Estas grietas son cuasi-verticales en la mayoría de los casos, y se originan por la separación entre los granos de suelo o roca debido a una fuerza de tracción, producto del movimiento de la masa de terreno ¿Quieres aprender algo más sobre el efecto de las grietas de tracción sobre la estabilidad de un talud? Continúa leyendo este post…
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Grietas de tracción en taludes de suelo
Las grietas de tracción evidencian la existencia de un deslizamiento en proceso, dado que se originan por la pérdida de cohesión o unión de la estructura del suelo debido a una fuerza de tensión, asociada a un movimiento ocurrido en la masa de terreno.
Para comprender el efecto de estas grietas, vamos a revisar la Figura 1, publicada por Terzaghi (1956), que ilustra el tema lo suficientemente bien. Según Terzaghi, el efecto de la presencia de grietas de tracción en un talud se puede resumir en tres aspectos fundamentales (ver Figura 1):
Figura 1 Influencia de grietas de tracción en la estabilidad de un talud (Fuente: Terzaghi, 1956).
- Las grietas de tracción eliminan la resistencia debida a la cohesión aportada por el arco e-e´. Debido a ello, las grietas reducen la resistencia al corte total por unidad de longitud del talud.
- Las grietas de tensión reducen el momento motor producido por el elemento efe1 de peso ΔW, lo cual constituye un efecto positivo sobre la estabilidad.
- En caso de precipitaciones, se genera una presión hidrostática ejercida por la superficie de agua dentro de las grietas, la cual favorece la inestabilidad del talud.
Por otro lado, dependiendo de las características de los materiales presentes en el talud, puede generarse un efecto de ablandamiento del suelo debido al ingreso de agua al cuerpo del talud por medio de las grietas. Este efecto de ablandamiento es, básicamente, una reducción de la resistencia debido al incremento del contenido de humedad (Barnes, 2010). En la Figura 2a se ilustra este efecto para el caso de arcillas de diferente plasticidad, y en la Figura 2b se muestra el mismo efecto, pero para el caso de arcillas con diferentes contenidos de arena o grava.
Figura 2 Efecto de ablandamiento del terreno por efecto del agua (Fuente: modificado de Barnes, 2010)
Como se desprende de la figura anterior, para un incremento del contenido de humedad de sólo 1%, el cambio en la resistencia al corte es mucho mayor para arcillas de baja plasticidad y para arcillas con altos contenidos de grava. Es decir, que estos suelos son más sensibles al humedecimiento y más propensos a ablandarse debido al agua que pueda penetrar en la masa de suelo a través de las grietas de tracción.
Grietas de tracción en taludes rocosos
Para el caso de taludes rocosos, el peor efecto asociado a las grietas de tracción se produce cuando las mismas se llenan de agua. Bajo estas condiciones, se produce un empuje hidrostático, cuyo valor es del orden de 9,81 kPa (≈ 0,1 kg/cm2) por cada metro de altura de agua, que puede generar un efecto negativo significativo en el talud. Para comprender este efecto, consideremos el ejemplo de la Figura 3, tomado de Sancio (1995).
Figura 3 Efecto del empuje hidrostático en una masa rocosa (Fuente: modificado de Sancio, 1995)
A fines ilustrativos, en este talud se asume que la superficie por la cual puede producirse el movimiento es horizontal. Así, para esta superficie potencial de falla, si no hay fuerzas externas actuando sobre la masa, el factor de seguridad FS sería infinito.
Ahora bien, si una grieta de altura h se llena de agua, la misma ejerce un empuje horizontal igual a 1/2γωh2 por metro de longitud de la grieta (siendo γω = peso unitario del agua). Introduciendo esta nueva fuerza en las ecuaciones de equilibrio, el FS es ahora igual a la relación entre el coeficiente de fricción (tanφ) y la tangente de la pendiente (tanψ). Así, si ambas son 30°, el factor de seguridad es igual a 1, es decir, se alcanza el punto de colapso.
Este ejemplo demuestra cuán drásticamente puede cambiar la situación en un talud cuando una grieta se llena de agua. También permite comprender la causa de algunos derrumbes cuando se producen lluvias intensas, aunque en estos casos debe cumplirse que la grieta se llene de agua más rápidamente de lo que la misma puede drenar. Un detalle importante es que la abertura de la grieta NO influye en el empuje hidrostático, por lo que podría generarse un derrumbe sólo con vaciar muy poca cantidad de agua en el sitio apropiado del talud.
Comentarios finales
En base a lo revisado en los apartados anteriores, y a manera de conclusión, es imprescindible considerar la presencia de grietas de tracción en los análisis de estabilidad, tomando en cuenta lo siguiente:
- La profundidad de la grieta;
- Que la misma esté llena de agua;
- El posible ablandamiento del terreno si el talud presenta más de 20% de partículas de arcilla (verificación que se puede realizar a partir de un análisis de granulometría por tamizado e hidrómetro, en varias muestras tomadas del talud);
- Las características de drenaje del talud, para revisar si la grieta se llena o drena más rápidamente.
Finalmente, cabe mencionar que la posición de las grietas de tracción constituye una guía importante para establecer la ubicación de la zona donde se generan las superficies de falla durante los análisis de estabilidad, de manera que dichas superficies potenciales de falla correspondan a lo que se observa en el talud en campo.
Referencias
- Barnes, G. (2010) “Soil Mechanics: Principles and Practice”. Third Edition. Palgrave – Macmillan. Hampshire, England.
- Sancio, R. (1995) “Elementos de Hidrología e Hidrogeología”. I Curso Panamericano de Movimientos de Masas. Barquisimeto, Venezuela.
- Terzaghi, K. (1956) “Theoretical Soil Mechanics”. John Wiley & Sons, Inc. New York. USA.
