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Parámetros geomecánicos a emplear en análisis de estabilidad de taludes
En el estudio de la estabilidad de taludes y laderas, los parámetros que se emplean para los análisis no son constantes, pues dependen del nivel de esfuerzos actuantes y de las condiciones de drenaje particulares de cada caso estudiado. Así, para seleccionar los parámetros geomecánicos apropiados, el Ingeniero Geotécnico deberá revisar cuidadosamente el caso analizado, a fin de identificar las posibles condiciones que pueda presentar el talud a lo largo del tiempo ¿Quieres saber más sobre este tema? Continúa leyendo…
Contenido
¿Condiciones drenadas o no drenadas?
En general, en Mecánica de Suelos los parámetros que se emplean para los análisis no son constantes, pues dependen del nivel de esfuerzos actuantes y, sobre todo, de las condiciones de drenaje particulares de cada caso estudiado. Por supuesto, los análisis de estabilidad de taludes no escapan a estas premisas.
De acuerdo a esto, en general podemos hablar de análisis a corto plazo (o no drenados) y a largo plazo (también llamados drenados o efectivos). El hecho de que los análisis a realizar sean drenados o no, dependerá en gran medida de la capacidad de drenaje del material, es decir, de su permeabilidad.
Así, para el caso de materiales granulares, los cuales en general tienen una alta permeabilidad, prácticamente no hay distinción entre análisis a corto o largo plazo: al aplicar una carga sobre un material granular saturado, el agua se desplaza casi instantáneamente, y la carga pasa a ser soportada directamente por los granos del suelo, razón por la cual los parámetros empleados para arenas son siempre efectivos.
Para los suelos cohesivos el asunto es un poco diferente. Debido a las características de las partículas que conforman estos suelos (forma laminar, amplia superficie específica, reacción ante la presencia de agua, etc.), la permeabilidad es baja y, por ende, el drenaje se produce muy lentamente al aplicar una carga. Es por eso que para suelos cohesivos saturados, la distinción de análisis a corto y a largo plazo toma más sentido.
En el caso de los análisis a corto plazo, la carga es primeramente soportada por el agua y los sólidos en conjunto, ya que no se produce drenaje instantáneo, como ocurre en el caso de los suelos granulares. Debido a esta condición, los análisis se llevan a cabo en términos de esfuerzos totales. Al pasar el tiempo, los esfuerzos generados por la carga van pasando paulatinamente del agua al esqueleto del suelo, debido a que el agua va drenando. Así, a largo plazo la carga llegará a ser totalmente soportada por los granos del suelo, condición que corresponde a análisis en términos de esfuerzos efectivos.
La Tabla 1 resume brevemente los casos de análisis de estabilidad de taludes y laderas más comunes en la práctica, indicando los tipos de parámetros a considerar y los casos críticos. Esta tabla no cubre todos los casos que puedan presentarse, y por ende debe considerarse únicamente como una guía.
Tabla 1 Casos de análisis de estabilidad de taludes y laderas (Fuente: modificado de Rico y Del Castillo, 1974).
Caso | Condiciones de análisis | Detalles |
Taludes en arcillas saturadas NC (terraplenes sobre laderas arcillosas, terraplenes sobre suelos blandos). | No drenado | Condición inicial = etapa crítica. |
Terraplenes en suelos parcialmente saturados. Condición al final de la construcción. | No drenado | Ensayos realizados en laboratorio que reproduzcan las condiciones de campo (ρ, ω). |
Cortes en arcillas homogéneas, con posibilidad de presencia de agua. | Drenado | Evaluar las presiones de poros en base a las condiciones reales del lugar (red de flujo). |
Condición de flujo establecido. | Drenado | Evaluar las presiones de poros en base a las condiciones reales del lugar (red de flujo). |
Deslizamientos en proceso. | Residual | Existencia de deformaciones (ocurridas o en proceso) a un nivel tal, que el material dispone de su resistencia residual. |
Taludes y cortes en arenas y gravas. | Drenado | Alta permeabilidad. Disipación de presión de poros muy rápida. |
Suelos residuales. | No drenado | Análisis considerando: – Condición in situ. – Condición S = 100%. |
Por supuesto, es el ingeniero quien debe decidir, considerando las condiciones del caso estudiado, tanto actuales como futuras, qué tipo de análisis realizar. Para ello, será necesario revisar el tipo de problema que se plantee y el momento de la vida de la obra en que se desee conocer las condiciones de estabilidad, usualmente el momento crítico o la etapa crítica de la obra. Esto, a su vez, permitirá elegir las pruebas de laboratorio aplicables y los métodos de análisis de estabilidad que se deben emplear.
Parámetros de resistencia al corte: ¿resistencia pico, última o residual?
Además de distinguir entre casos drenados y no drenados, otro aspecto muy importante a tomar en cuenta es determinar qué tipo de parámetros de resistencia son representativos del caso estudiado: ¿será la resistencia pico, la última (es decir, la correspondiente al estado crítico), o la residual? Este aspecto no es tan simple, y para analizarlo vamos a considerar la Figura 1.
Figura 1 Diferentes resistencias a considerar en análisis (Fuente: modificado de Atkinson, 2007).
En la parte superior derecha de esta figura, se observa una curva esfuerzo-deformación típica, en la que se señalan los tres sectores que deben considerarse en cada caso:
- La resistencia pico, que corresponde al punto más alto de la curva, donde se produce la falla del material.
- La resistencia última, que corresponde al punto donde, luego de la falla, la curva se estabiliza a mayores deformaciones. Este punto corresponde al estado crítico.
- La resistencia residual, que es, como su nombre lo indica, la que queda en el material luego de la falla, y que corresponde a un rango de deformaciones importantes.
En la parte inferior de la Figura 2, se presentan tres casos de análisis típicos, que pueden servir de guía para determinar qué tipo de parámetros se emplearán en diseño (Atkinson, 2007).
La parte “a” representa el proceso de hincado de un pilote y un deslizamiento en proceso, como ejemplos de casos en los que se generan desplazamientos relativos importantes, así como bandas o superficies de corte bien definidas. En estos casos, al movilizarse completamente la resistencia del terreno, debe emplearse la resistencia residual para analizar posibles sucesivos deslizamientos.
La parte “b” corresponde a un deslizamiento de un suelo arcilloso, pero en este caso los movimientos son aún insuficientes para reducir la resistencia hasta la residual. Por lo tanto, la resistencia en el estado crítico es la que debe emplearse para diseño. Típicamente, estamos hablando de taludes arcillosos en equilibrio límite, muy cerca de la falla. Para el caso de taludes en suelos granulares, las resistencias última y residual son las mismas.
Finalmente, la parte “c” representa una fundación que alcanza un asentamiento ρ. En estos casos, la rigidez del suelo está relacionada con la resistencia pico, que a su vez depende del esfuerzo efectivo y del OCR. Consecuentemente, es la resistencia pico la que debe emplearse para el análisis de fundaciones.
De acuerdo a lo anterior, es evidente que no solamente debemos comprender si el análisis será bajo condiciones drenadas o no drenadas; sino que también es necesario analizar qué tipo de resistencia será representativa del caso que estemos estudiando.
Para análisis de estabilidad de taludes o laderas, podemos resumir:
- Para estados de esfuerzos iniciales, lejos de la falla, emplear los parámetros de resistencia pico.
- Para deslizamientos en proceso, considerar parámetros de resistencia residual.
- Para casos cercanos a la falla, emplear la resistencia última.
En todo caso, aun considerando que la información presentada aquí puede ser una guía muy útil para determinar las condiciones de drenaje y los parámetros de resistencia a emplear en el diseño, no debe perderse de vista que es el ingeniero quien establecerá los análisis a realizar, en base a las condiciones particulares de cada talud y del proyecto en sí.
Referencias
- Atkinson, J. (2007) “The Mechanics of Soils and Foundations”. 2nd Taylor and Francis Group. London, UK.
- Rico, A. y Del Castillo, H. (1974) “La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres – Capítulo 6: Estabilidad de Taludes”. Editorial Limusa S.A. Méxido D.F., México.
