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CAPITULO 3

Movimientos de masas - taludes 3.1 Movimientos de masas Los movimientos de una masa es uno de los fenómenos geológicos que afectan a la humanidad, causando muertes y destrozos en la naturaleza, sin embargo pocas personas son conscientes de la importancia que se le debe dar a este fenómeno. Estos movimientos se pueden evitar si se realizan estudios para identificar los problemas, y tomar medidas de mitigación o control. 3.1.1 Concepto de talud Un talud es una superficie inclinada con cambios de altura significativos que limita el macizo de tierra o de roca. En la literatura técnica se define como ladera cuando su conformación actual tuvo como origen un proceso natural y talud cuando se conformó artificialmente. 3.1.2 Factores que influyen en la estabilidad de los taludes en las vías terrestres Los taludes que han permanecido estables por muchos años pueden fallar por los siguientes factores, los mismos que tienen influencia sobre el comportamiento geomecánico del talud. Estos factores son: a. Factores geomorfológicos

a.1 Topografía y geometría del talud a.2 Distribución de las discontinuidades y planos de estratificación

b.- Factores internos

b.1 – Nivel freático b. 2 – Propiedades de los suelos

c.- Factores externos c.1- Factores climáticos (agua superficial)

d.- Sismicidad e.- Causas externas d. 1- Excavaciones d.2 – Obras civiles d.3 – Movimiento de tierras d.4 – Erosión

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3.1.2 Nomenclatura de un talud

Fig.3.1 Taludes y laderas En un talud o ladera se definen los siguientes parámetros: 1. Altura Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presenta claramente bien definida en taludes artificiales. 2. Pie Es el cambio brusco de pendiente en la parte inferior. 3. Cabeza o escarpe Cambio brusco de pendiente en la parte superior. 4. Altura de nivel freático Distancia vertical desde el pie del talud hasta el nivel de agua medida debajo de la cabeza. 5. Pendiente Es la medida de inclinación del talud. Puede medirse en grados, en porcentaje o en relación m/v, en la cual m es la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia vertical. Ejemplo: Talud: 2H: 1V: Angulo: 26.5°, % de Pendiente 50%. 3.3 Nomenclatura de un deslizamiento Los procesos de deslizamiento activos en 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.

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Los movimientos ocurren generalmente, a lo largo de superficies de falla, por caída libre, movimientos de masa, erosión o flujos. (En la figura 3.2 se indica el proceso de un deslizamiento)

Figura 3.2 Nomenclatura de un deslizamiento

1. Escarpe principal Superficie de pendiente muy fuerte, localizada en el límite del deslizamiento y originada por el material desplazado de la ladera. Si este escarpe se proyecta bajo el material desplazado, se obtiene la superficie de ruptura.

2. Escarpe menor Superficie de pendiente muy fuerte en el material desplazado y producida por el movimiento diferencial dentro de este material.

3. Cabeza Se define a la parte superior del material desplazado a lo largo de su contacto con el escarpe principal.

4. Tope (Cima)

El punto más alto de contacto entre el material desplazado y el escarpe principal.

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5. Corona Sector de la ladera que no ha fallado y localizada arriba del deslizamiento adyacente al escarpe principal. Puede presentar grietas, llamadas grietas de la corona.

6. Superficie de falla (ruptura) 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. Punta de la superficie de falla La intersección (algunas veces cubierta) de la parte baja de la superficie de ruptura y la superficie original del terreno.

8. Dedo (Base) Es el margen del material desplazado más distante del escarpe principal.

9. Punta o uña Es el punto en el pie más distante del tope del deslizamiento.

10. Pie La porción de material desplazado que descansa ladera abajo desde la punta de la superficie de ruptura

11. Costado o flanco Un lado (perfil lateral) del deslizamiento.

12. Superficie original del terreno La superficie que existía antes de que se presentara el movimiento.

13. Derecha e izquierda Términos que sirven para la orientación geográfica de un deslizamiento, si se emplean los términos derecha e izquierda debe referirse al deslizamiento observado desde la corona y mirando hacia el pie. 3.4 Clasificación de los deslizamientos La clasificación de los deslizamientos en masa se trata de describir e identificar los cuerpos que están en movimiento. Los principales tipos de movimientos son:

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3.4.1 Bloques Caídos

Son desprendimientos de una masa de cualquier tamaño en taludes 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 3.3 y 3.4).

Figura 3.3 Caído de bloques por gravedad en roca fracturada.

Figura 3.4 Caído de bloques rodando

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Fotografía 3.1 Caídas de roca. Yosemite, 2002

La observación muestra que los movimientos tienden a comportarse como bloques en 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 “bloques caídos” corresponden a bloques de roca relativamente sana, aquellos 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 3.5).

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Fig. 3.5 Algunos mecanismos de falla de caídos

Las causas de la caída de roca pueden deberse ala lluvia, la roca fracturada, el viento, la escorrentía, las fracturas, la erosión, las raíces de los árboles, los nacimientos de agua, las vibraciones de maquinaria y vehículos y la descomposición del suelo. Además deben incluirse adicionalmente, los terremotos, los cortes de las vías, explotación de materiales y las actividades antrópicas.

3.4.2 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. 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.

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Fig. 3.6 Esquema de un proceso de reptación.

Fotografía 3.2 Proceso de reptación.

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3.4.3 Deslizamiento

Este movimiento se produce al superarse la resistencia al corte de un material a lo largo de una o varias superficies o dentro de una zona relativamente delgada (Figura 3.7), este movimiento puede ser progresivo 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. Los deslizamientos pueden ser por procesos naturales o a desestabilización de masas de tierra por el efecto de cortes, rellenos, deforestación, etc.

Figura 3.7 Deslizamientos en suelos blandos.

Los deslizamientos se pueden a su vez dividir en dos subtipos denominados deslizamientos rotacionales y translacionales. Esta diferenciación es importante porque puede definir el sistema de análisis y estabilización a emplearse. 3.4.3.1. Deslizamiento Rotacional Las fallas rotacionales en forma circular ocurren por lo regular en materiales arcillosos homogéneos o en suelos en que su comportamiento mecánico esté regido por su fracción arcillosa y tienen la forma aproximadamente circular o cóncava. En una falla de deslizamiento rotacional la superficie de falla es formada por una curva o circular cuyo centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo en movimiento (Figura 3.8). 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.

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En muchos deslizamientos rotacionales se forma una superficie cóncava en forma de “cuchara”. Generalmente, el escarpe debajo de la corona tiende a ser semivertical, lo cual facilita la ocurrencia de movimientos retrogresivos. En la cabeza del movimiento, el desplazamiento es aparentemente semi-vertical y tiene muy poca rotación, sin embargo 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.

Figura 3.8 Deslizamiento rotacional.

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Fotografía 3.3 Deslizamiento Rotacional en arcilla, Peace River, B.C

Fotografía 3.4 Deslizamientos rotacionales. La forma y localización de la superficie de falla está influenciada por las discontinuidades, juntas y planos de estratificación. Estos efectos de estas discontinuidades deben tenerse muy en cuenta en el momento que se haga el análisis de estabilidad (Figura 3.9). En un deslizamiento, se producen otros desplazamientos curvos que forman escarpes secundarios y además se producen varios deslizamientos sucesivos en su origen conformando deslizamientos rotacionales independientes.

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Figura 3.9 Fallas de la estructura en los movimientos de tipo rotacional

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3.4.3.2. Deslizamiento de traslación Estas fallas traslacionales son importantes en el cuerpo del talud. Son movimientos de masa que se desplaza hacia fuera y hacia abajo, a lo largo de una superficie más o menos plana localizadas a poca profundidad bajo el talud. (Figura 3.10). 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 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.

Figura 3.10 Deslizamiento de traslación

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Fotografía 3.5 Deslizamiento traslacional 3.4.4. Flujo Se denominan a ciertos movimientos producidos en materiales de tipo suelo o rocas muy fracturadas, asemejándose su comportamiento al de fluidos de mayor o menor vis-cosidad, en función de su contenido de agua. En este contexto podemos incluir desde desplazamientos de tipo plástico, extraordinariamente lentos, hasta movimientos turbulentos o rápidos (Figura 3.11), se pueden producir en suelos secos o húmedos y los puede haber de roca, de residuos o de suelo y en casos extremos, flujo de lodos. Los flujos con características de muy lentos, se asemejan, a los fenómenos de reptación. Algunos flujos pueden resultar de la alteración de suelos muy sensitivos tales como sedimentos no consolidados.

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Figura 3.11 Flujos de residuos (Detritos) 3.4.4.1. Flujo en roca Estos flujos se presentan en estratos que están meteorizados, poco profundos debido a fallas relacionadas con cambios de esfuerzos, que son alterados por lo fenómenos naturales como la lluvia, estos movimientos se producen en zonas montañosas con poca cobertura vegetal que tienen pendiente mayores a 45°. Se presentan con mayor frecuencia en rocas ígneas y metamórficas muy fracturadas. Estos flujos tienden a tener humedades bajas y su velocidad de deslizamiento es de rápida a muy rápida.

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Fotografía 3.6 Flujos de roca 3.4.4.2. Flujo de residuos (Detritos) Flujo de detritos cuando el material que fluye contiene porcentajes apreciables en un 50% de gravas, boleos o fragmentos de roca, que están saturados en una matriz de suelo fino. 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. Los flujos de detritos pueden ser ocasionados por las lluvias y debido a la pérdida de resistencia al corte al saturarse los materiales o por fuerzas internas como el movimiento de las aguas subterráneas. 3.4.4.3. Flujo de suelo Los flujos de suelo pueden ser secos y más lentos de acuerdo a la humedad y pendiente de la zona de deslizamiento. En zonas de alta montaña y desérticas ocurren flujos muy secos, por lo general pequeños pero de velocidades altas.

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Fotografía 3.7 Flujo de tierra luego de un terremoto, El Salvador. 3.4.4.4. Flujos de lodo Dentro de los flujos de suelos están los “flujos de lodo” (Figura 3.13), los materiales, son suelo finos y están saturados de agua. Los flujos de lodo poseen fuerzas destructoras grandes que dependen de su caudal y velocidad. Las unidades morfológicas de un flujo depende de: un origen que generalmente es un deslizamiento, un camino o canal de flujo y finalmente una zona de acumulación, que varían de acuerdo a su topografía y morfología.

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Figura 3.13 Flujos de Lodos

3.4.5. Avalanchas Estos movimientos de falla son muy rápidos y el flujo desciende formando una especie de “ríos de roca y suelo” (Figura 3.13). Estos flujos se producen con un fuerte periodo lluvioso, deshielo de nevados, movimientos sísmicos y la deforestación. Las avalanchas son el gran aporte de materiales de uno o varios deslizamientos o flujos combinados con volúmenes importantes de agua, formando una masa de comportamiento de líquido viscoso que puede lograr velocidades muy altas con un gran poder destructivo. El movimiento de las avalanchas se le puede relacionar con “flujo turbulento de granos”.

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Figura 3.14 Avalanchas

3.4.5.1 Inclinación o Volteo Estos 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. (Fig. 3.15).

Fig. 3.15 Volteo o inclinación de materiales residuales

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Fotografía 3.8 Proceso de volcamiento en Chaco Canyon, New México

3.4.6. Movimientos Complejos Con mucha frecuencia los movimientos de un talud incluyen una combinación de dos o más de los principales tipos de desplazamientos descritos anteriormente, este tipo de movimientos se les denomina “Complejo”.

Fotografía 3.9 Deslizamiento Compuesto de nivel múltiple, Peace River B.C

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3.5 Identificación del Deslizamiento en el Campo

De acuerdo a la clasificación de los deslizamientos propuestos, se puede identificar en el tipo de movimiento que se ha producido y a la vez identificar cuales fueron las causas de su falla. Este conocimiento permitirá tomar medidas necesarias para su control.

El tipo de movimiento que se ha producido en la vía Loja - Malacatos es complejo: Está compuesto por una falla rotacional y un flujo de materiales hacia abajo. En los deslizamientos rotacionales, se forma una superficie cóncava en forma de “cuchara”. Generalmente, el escarpe debajo de la corona tiende a ser semivertical, lo cual facilita la ocurrencia de movimientos retrogresivos. (Fotografía 3.10) Ha sido ocasionado por fuertes periodos de lluvias. Ha ocurrido una pérdida de resistencia al corte al saturarse los materiales o por fuerzas internas como el movimiento de las aguas subterráneas, deforestación y falta de obras de drenaje

Fotografía 3.10 Deslizamiento Compuesto en el sitio de estudio.

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Otra manera de identificar el tipo de movimiento es por la orientación de los arboles, además de la superficie de falla es cóncava hacia arriba por lo que se verifica que el movimiento es de tipo rotacional (Fografia 3.11).

Fotografía 3.11 Orientación de los arboles.