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El efecto del agua en los taludes

El agua está normalmente asociada a la mayoría de los mecanismos de falla que puede experimentar un talud. Desde varios tipos de carga que incrementan los esfuerzos actuantes en el talud, hasta la disminución de la resistencia al corte del terreno, el agua aparece como un factor fundamental a considerar en cualquier análisis de estabilidad.

Contenidos

El agua

Cuando tratamos problemas relacionados con el suelo en general, constantemente mencionamos al agua. Pero, ¿qué es el agua? ¿cuáles son sus propiedades?

 

El agua es, ante todo, un compuesto químico, el cual tiene una estructura atómica tal, que los átomos de hidrógeno forman un ángulo aproximado de 105° entre las rectas que unen sus centros con el átomo de oxígeno, lo cual le confiere la propiedad de bipolaridad. La Figura 1 muestra un esquema de la molécula de este compuesto.

El hecho de que el agua sea una molécula bipolar, implica que la misma sea similar a un pequeño imán que puede orientarse de acuerdo al campo magnético; y por lo tanto es la que permite que reaccione junto a otros elementos químicos, generando, por ejemplo, la expansión de las arcillas.

 

Adicionalmente, dadas sus propiedades físicas, el agua es un disolvente de amplio espectro, además de ser la sustancia más abundante de la corteza terrestre, y la única que se encuentra en los estados sólido, líquido y gaseoso. El ciclo del agua (que hemos descrito en el post “¿De dónde viene el agua? El ciclo hidrológico”) describe la presencia y el movimiento del agua en la Tierra. Puede ser de utilidad echarle un vistazo.

El sólido como medio poroso

¿Qué condición debe cumplir el suelo para poder interactuar con el agua? Para que un sólido contenga agua debe ser necesariamente poroso, es decir, que debe contener espacios que puedan ser ocupados por agua.

 

La porosidad se define usualmente como la relación entre los espacios “vacíos” (o sea, no sólidos) y el volumen total. Sin embargo, este concepto puede ser engañoso, tal como se desprende del análisis de la Figura 2.

Figure 2 Diferentes tipos de porosidad

En la mencionada figura se presentan cinco (5) materiales con porosidad similar. En el caso de la roca vacuolar (en la cual cada poro es independiente de otro), si ésta contiene algún fluido, dicho fluido debe haberse formado al mismo tiempo que la roca. Para el caso de suelos granulares, los poros están interconectados, y por ende se deduce que se formaron al mismo tiempo que la fase sólida. La roca fracturada, por su parte, puede mostrar fracturas interconectadas entre sí, o bien poros que no están conectados, dado que se formaron posteriormente a la roca. Finalmente, las arcillas francas no poseen poros propiamente dichos, aun cuando se porosidad se mide por la cantidad de agua que absorbe por unidad de volumen. En este caso, el agua, mediante un proceso físico-químico y por ser un dieléctrico, se abre espacio para penetrar entre los cristales laminados de arcilla, razón por la cual toda arcilla es expansiva ante la presencia de agua.

 

De acuerdo a lo anterior, es evidente la existencia de varios tipos de porosidad, siendo la más importante para la interacción terreno-agua aquella relacionada con la circulación de agua entre el material, es decir, la llamada porosidad efectiva.

Principales efectos del agua en taludes

La mayoría de las fallas de los taludes están relacionadas, de una forma u otra, con el agua, ya que ésta juega un papel muy importante en la mayoría de los procesos que generan, o bien una disminución de la resistencia al corte del terreno, o bien un incremento en solicitaciones que afectan el estado de esfuerzos en la masa del mismo.

 

Es por eso que la interacción terreno-agua debe ser comprendida de manera adecuada, ya que es uno de los factores más importantes a considerar en análisis de estabilidad de taludes. En la Figura 3 se presentan los principales efectos del agua como detonante de una falla en un talud.

Figure 3 Principales efectos del agua como detonante de una falla en un talud.

Echemos un vistazo a cada factor:

 

  1. En relación al aumento del peso del suelo, al ser éste un medio poroso, el mismo puede eventualmente saturarse (debido a la acción de lluvias muy intensas, por ejemplo, o por infiltración de agua asociada a efectos antrópicos), y así aumentar considerablemente el peso unitario del mismo, lo que favorece el movimiento de la masa del terreno.

 

  1. La disminución de la resistencia por agua adsorbida es particularmente importante para el caso de materiales arcillosos, en los cuales el agua es absorbida fácilmente, adhiriéndose a los bordes y las caras de las partículas sólidas, generando así una disminución de la resistencia al corte entre las mismas.

 

  1. En ciertos materiales (como por ejemplo algunos suelos residuales, o suelos potencialmente colapsables), el flujo de agua a través de los poros del suelo genera la disolución de las partículas minerales de menor tamaño, que fungen como uniones entre las de mayor tamaño, lo cual ocasiona el colapso de la estructura de suelo.

 

  1. La erosión interna, por su parte, está asociada al flujo de agua entre los poros del terreno, que puede generar cavernas, induciendo así la falla del talud.

 

  1. La saturación del terreno genera que los poros se llenen de agua, y si por alguna razón externa se genera un incremento de la presión de poros (como puede ocurrir debido a fuertes lluvias, o a infiltración de agua proveniente de procesos antrópicos), la resistencia al corte del terreno disminuye, según la conocida Ley de Esfuerzos Efectivos desarrollada por Terzaghi.

 

Por supuesto, todos los suelos se ven afectados por estos procesos. Sin embargo, la naturaleza de los materiales afectará la rapidez con la que ocurren estos fenómenos. En general, puede decirse que en materiales de elevada permeabilidad, estos efectos pueden ocurrir rápidamente, en cuestión de minutos, mientras que en el caso de terrenos poco permeables, los cambios son más lentos.

 

¡A tener cuidado con los efectos del agua! ¡Y a considerarlos de manera apropiada en los análisis de estabilidad de taludes!

References

  • Abramson, L; Lee, T; Sharma, S. & Boyce, G. (1996) “Slope Stabilization and Stabilization Methods”. John Wiley & Sons, INC. USA.
  • Sancio, R. (1995) “Elementos de Hidrología e Hidrogeología”. I Curso Panamericano de Movimientos de Masas. Barquisimeto, Venezuela.

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