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El concepto de falla en análisis de estabilidad de taludes

El concepto de falla en análisis de estabilidad de taludes, involucra una gran variedad de elementos de naturaleza fundamentalmente subjetiva, asociados al análisis de las diferentes causas que originaron la falla. Pero, ¿qué se entiende, entonces, por “falla” de un talud? ¿Cuándo se considera que ocurre? Sigue leyendo para encontrar las respuestas a estos interrogantes.

Contenido

Fallas o deslizamientos de taludes

El concepto de falla en un talud es un aspecto que usualmente genera confusión, fundamentalmente por la extraordinaria complejidad y multiplicidad de lo que ha dado en llamarse “falla de un talud”.

 

Huelga decir que no existe un consenso sobre lo que debe entenderse como falla. La gran mayoría de las fallas se definen en términos de derrumbes o colapsos de toda índole, que no dejan duda sobre el hecho de que ha ocurrido algo que pone en entredicho la función estructural del talud; o en términos de movimientos excesivos, incompatibles con la funcionalidad del mismo (Rico y Del Castillo, 1974).

 

Es común entre los ingenieros geotécnicos asociar el término “falla” con un valor de factor de seguridad (FS) igual a 1. De hecho, tal como señala Huang (1983), el propósito de cualquier análisis de estabilidad de taludes, es determinar el factor de seguridad de una superficie potencial de falla, definido como la relación entre la fuerza resistente y la fuerza movilizadora, ambas actuando sobre dicha superficie. Cuando la fuerza movilizadora debida al peso del talud es igual a la resistencia del terreno, ocurre que FS ≈ 1, y la falla es inminente (ver Figura 1).

 

Sin embargo, el fenómeno de falla de un talud es algo muy complejo (mucho más que el determinar cuándo FS = 1); sobre todo porque existe una gran variedad de elementos de naturaleza fundamentalmente subjetiva involucrados en el análisis de una falla, particularmente asociados a las causas que la originaron.

Figura 1 Concepto de falla: FS ≈ 1 (Fuente: modificado de Wade, 2015. Disponible en https://slideplayer.com/slide/4261935/).

Por lo tanto, aún aceptando que la falla de un talud ocurre cuando FS ≈ 1, y que además afecta la funcionalidad del mismo, lo importante de analizar un talud es dilucidar, en la medida de lo posible, los múltiples modos en los cuales el mismo puede llegar a perder su funcionalidad o, incluso, a colapsar, considerando cada modo como un problema diferente en génesis, planteamiento y solución.

Factores que causan fallas de estabilidad

Las fallas en taludes y laderas frecuentemente se generan por procesos que, o bien incrementan los esfuerzos cortantes actuantes sobre la superficie potencial de falla, o bien afectan de manera significativa la resistencia al corte de la masa de suelo o roca. La Figura 2 resume estos procesos.

Figura 2 Factores que contribuyen a fallas o deslizamientos

Sin entrar en detalle sobre los factores mostrados en la Figura 2, resulta evidente que algunos de ellos están asociados a fuerzas naturales, y otros están relacionados con la intervención antrópica. En cualquier caso, son agentes desestabilizadores que deben identificarse y/o evaluarse al momento de realizar el análisis de estabilidad de un talud.

Velocidad de falla en taludes y laderas

Las fallas en taludes y laderas ocurren a diferentes velocidades, dependiendo de las características de la falla. Cruden & Varnes (1996) realizaron un extenso análisis de numerosos casos en los que ocurrieron deslizamientos, y presentaron una clasificación de deslizamientos en base a la velocidad en la que ocurren.

 

Como complemento a esta información, presentaron también una clasificación general basada en la cinemática del desplazamiento. La Figura 3 incluye información sobre lo publicado por los mencionados autores.

Figura 3 Clasificación de deslizamientos en función de la tasa y la cinemática de los movimientos.

 

De acuerdo a la información mostrada en la Figura 3, se tienen velocidades extremadamente altas (indicativas de fallas frágiles, hablando un lenguaje asociado a materiales), y velocidades prácticamente nulas (propias, por ejemplo, de laderas naturales).

 

En relación a la cinemática de los movimientos, usualmente los dos primeros modos de desplazamiento están asociados a taludes de roca, mientras que los últimos tres a taludes de suelo.

Mecanismos de fallas de taludes y laderas

La Figura 4 presenta esquemas que ilustran los diferentes tipos de mecanismos cinemáticos destacados por Cruden & Varnes (1996)  tanto en roca como en suelos. Veamos algunas características generales de cada uno de estos mecanismos.

 

Empecemos por los caídos. Los caídos consisten en el desprendimiento y posterior caída de materiales del talud, constituidos por masas de cualquier tamaño provenientes de un talud con pendiente fuerte, en el cual no se aprecian desplazamientos significativos. Los caídos pueden incluir desde partículas de suelo hasta bloques de roca de varios metros cúbicos, y ocurren a velocidades extremadamente rápidas, generalmente sin evidencias previas de movimiento.

Figura 4 Mecanismos cinemáticos para rocas y suelos (Fuente: modificado de Suárez Díaz, 1998 – disponible en https://www.academia.edu/8925280).

El volcamiento consiste en una rotación hacia delante de una o varias unidades de material, cuyo centro de giro se encuentra por debajo del centro de gravedad de la unidad. Este tipo de movimiento puede abarcar desde masas muy pequeñas hasta grandes volúmenes de varios millones de metros cúbicos.

 

El mecanismo de deslizamiento de una masa consiste en un desplazamiento de corte a lo largo de una o varias superficies, en el cual el movimiento suele ser progresivo (es decir, que se va generando en un proceso que se inicia en un punto y se va extendiendo). Los desplazamientos en masa pueden, a su vez, dividirse en deslizamientos rotacionales, traslacionales o planares, así como en deslizamientos compuestos de rotación y traslación. Esta diferenciación es sumamente importante, debido a que puede definir el sistema de análisis y el tipo de estabilización a emplearse.

 

Por otro lado, el creep es una falla que presenta un proceso más o menos continuo, y por lo general lento, de deslizamiento superficial ladera abajo. El creep suele afectar grandes áreas, por lo general con una velocidad del movimiento muy baja, del orden de unos pocos centímetros por año.

 

Finalmente, quisiera mencionar que en un flujo ocurren movimientos relativos de partículas de suelo y/o bloques pequeños, dentro de una masa que se mueve o desliza sobre una superficie. Normalmente las deformaciones internas son muy grandes, y se observa el flujo de material de manera similar a un líquido viscoso. El flujo, a su vez, puede ser laminar o turbulento, y puede transportar grandes bloques hacia la parte inferior.

 

Con esto podemos tener un panorama un poco más claro sobre lo que implica la falla de un talud o ladera, y de los diferentes aspectos que deben considerarse para su análisis.

Referencias

  • Cruden, D.M. & Varnes, D.J. (1996) “Landslide Types and Processes”. In Landslides – Investigation and Mitigation. Transportation Research Board Special Report No. 247, National Academy Press, Washington DC, pp. 36-75.
  • Huang, Y. (1983) “Stability Analysis of Earth Slopes”. Van Nostrand Reinhold Company. New York, USA.
  • Rico, A. y Del Castillo, H. (1974) “La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres”. Editorial Limusa S.A. Méxido D.F., México.
  • Suárez Díaz, J. (1998) “Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en Suelos Tropicales”. Instituto de Investigaciones sobre Erosión y Deslizamientos. Bucaramanga, Colombia (disponible en https://www.academia.edu/8925280).

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