MOVIMIENTO EN MASA Y ESTABILIDAD DE TALUDES
Por lo general los movimientos masales toman nombres diversos (deslizamientos, derrumbes, coladas de barro, solifluxión, hundimientos desprendimientos y desplomes) (Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, Federacafé,1975), los cuales dependen del grado de saturación del terreno, velocidad del desplazamiento, profundidad de la masa desplazada y grado y longitud de la pendiente del terreno. Por tanto, Dolffus (1973) los agrupa con el nombre de golpes de cuchara, por sus dimensiones siempre pequeñas, profundidad escasa y su relación directa con la intervención del hombre.
S = C+sn tan F
S = C’ + s’ tan F’
S = C + (s - U) tan F
Se comprende bajo el nombre genérico de taludes cualesquiera superficiesinclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente lasestructuras de tierra, bien sea en forma natural o como consecuencia de laintervención humana en una obra de ingeniería. Desde este primer punto devistalos taludes se dividen en naturales (laderas) o artificiales (cortes y terraplenes).Aun cuando las laderas naturales pueden plantear y de hecho plantean problemasque pueden llegar a ser de vital importancia, en este capítulo se tratarán enforma predominante los taludes artificiales, pero se mencionarán lascaracterísticas más importantes que pueden ser fuente de preocupacióningenieril en las laderas naturales.
AGUAS CONTINENTALES
Aguas superficiales son las aguas que circulan sobre la superficie del suelo. El agua superficial se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el afloramiento de aguas subterraneas. Pueden presentarse en forma correntosa, como en el caso de corrientes, rios y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, oceanos y mares.
Para propósitos regulatorios, suele definirse al agua superficial como toda agua abierta a la atmósfera y sujeta a escorrentía superficial. Una vez producida, el agua superficial sigue el camino que le ofrece menor resistencia. Una serie de arroyos, riachuelos, corrientes y ríos llevan el agua desde áreas con pendiente descendente hacia un curso de agua principal.
Una área de drenaje suele denominarse como cuenca de drenaje o cuenca hidrografica.
La calidad del agua está fuertemente influenciada por el punto de la cuenca en que se desvía para su uso. La calidad de corrientes, ríos y arroyos, varía de acuerdo a los caudales estacionales y puede cambiar significativamente a causa de las precipitaciones y derrames accidentales. Los lagos, reservorios, embalses y lagunas presentan en general, menor cantidad de sedimentos que los ríos, sin embargo están sujetos a mayores impactos desde el punto de vista de actividad microbiológica. Los cuerpos de agua quietos tales como lagos y reservorios, envejecen en un período relativamente grande como resultado de procesos naturales. Este proceso de envejecimiento está influenciado por la actividad microbiológica que se encuentra relacionada directamente con los niveles de nutrientes en el cuerpo de agua y puede verse acelerada por la actividad humana.
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Distintas actuaciones tienen que ver con la contaminación de las aguas superficiales.
Son los desplazamientos de masas de suelo, causados por exceso de agua en el terreno y por efecto de la fuerza de gravedad.
Los movimientos en masa son procesos esencialmente gravitatorios, por los cuales una parte de la masa del terreno se desplaza a una cota inferior de la original sin que medie ostensiblemente medio de transporte alguno, siendo tan solo necesario que las fuerzas estabilizadoras sean superadas por las desestabilizadoras. Este tipo de procesos gravitatorios se interrelacionan mutuamente con las precipitaciones altas, de tal forma que frecuentemente las lluvias torrenciales son causantes y/o precursoras de los movimientos en masa, ya que aumentan las fuerzas desestabilizadoras y reducen la resistencia del suelo al deslizamiento (Gray y Sotir, 1996; TRAGSA Y TRAGSATEC, 1994).
Por lo general los movimientos masales toman nombres diversos (deslizamientos, derrumbes, coladas de barro, solifluxión, hundimientos desprendimientos y desplomes) (Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, Federacafé,1975), los cuales dependen del grado de saturación del terreno, velocidad del desplazamiento, profundidad de la masa desplazada y grado y longitud de la pendiente del terreno. Por tanto, Dolffus (1973) los agrupa con el nombre de golpes de cuchara, por sus dimensiones siempre pequeñas, profundidad escasa y su relación directa con la intervención del hombre.
Los movimientos masales, están gobernados por la Ecuación de Esfuerzo o Resistencia al Cortante Tangencial.
Para el estudio de la estabilidad de una ladera contra los movimientos masales, se requiere estimar la resistencia del suelo ante la acción de esfuerzos de cortante tangencial, la cual consiste en la modelación física del fenómeno del deslizamiento y que permite establecer la resistencia máxima del suelo al movimiento de sus partículas; es decir: la fuerza que se opone al deslizamiento o resbalamiento del suelo sobre si mismo, la cual es impartida por las fuerzas cohesivas entre partículas y por la resistencia friccional entre estas cuando son forzadas a deslizarse (Gray y Sotir, 1996; Suárez, 1998).
Consecuentemente, el esfuerzo cortante es importante en la capacidad de los fluidos (agua o viento) para causar erosión. La resistencia al cortante tangencial de los suelos tiene su efecto en el arranque de las partículas del suelo, erosión por cárcavas y en las orillas de los ríos y movimientos masales (Lal,1990).
La teoría de Charles Auguste de Coulomb (propuesta en 1773) establece que un material falla cuando el esfuerzo cortante en una dirección iguala la resistencia al cortante en la misma dirección, lo cual depende de la cohesión y la fricción interna entre los granos del suelo, y está dada por la ecuación de Mohr-Coulomb:
El esfuerzo cortante, es definido por la siguiente ecuación, llamada la Ley de Coulomb,
S = C+sn tan F
Donde S es el esfuerzo cortante o resistencia al cortante tangencial, C es la cohesión del suelo, sn es el esfuerzo normal sobre un plano crítico, tan F es el coeficiente de fricción y F es el ángulo de fricción interna del suelo (Lal,1990). Terzaghi (1925) citado por Lal (1990), reportó la importancia de la presión de los poros con agua sobre el esfuerzo cortante. Existe una forma modificada de esta ecuación, llamada ecuación de esfuerzo cortante de Coulomb-Hvorslev (Hvorslev, 1937 citados por Lal, 1990).
S = C’ + s’ tan F’
Donde C’ es la cohesión efectiva del suelo (o efecto de la atracción entre partículas), s’ es el esfuerzo normal efectivo y F’ es el ángulo efectivo de la fricción normal. El esfuerzo efectivo es dado por
s’ = s - U
Donde s’ es el esfuerzo efectivo o intergranular, s es el esfuerzo total y U es la presión de los poros con agua (Lal,1990).
Según Márquez (1984), cuando existen esfuerzos neutros en el suelo, una manera más conveniente de escribir la ecuación de Coulomb es:
S = C + (s - U) tan F
Esta expresión matemática constituye sólo una simplificación muy grande de una relación compleja. Coulomb supuso que C y F eran constantes e independientes una de la otra; sin embargo, no son ni lo uno ni lo otro. No obstante a pesar de su simplicidad, la ecuación de Coulomb ha venido siendo usada actualmente, aún en análisis complicados relativos a la resistencia al cortante de los suelos (Márquez, 1984).
TALUDES
Se comprende bajo el nombre genérico de taludes cualesquiera superficiesinclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente lasestructuras de tierra, bien sea en forma natural o como consecuencia de laintervención humana en una obra de ingeniería. Desde este primer punto devistalos taludes se dividen en naturales (laderas) o artificiales (cortes y terraplenes).Aun cuando las laderas naturales pueden plantear y de hecho plantean problemasque pueden llegar a ser de vital importancia, en este capítulo se tratarán enforma predominante los taludes artificiales, pero se mencionarán lascaracterísticas más importantes que pueden ser fuente de preocupacióningenieril en las laderas naturales.
IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES.-El moderno desarrollo de las actuales vías de comunicación, tales como loscanales, caminos o ferrocarriles, así como elimpulso de la construcción de presasde tierra ha recibido en todo momento en los últimos años y eldesenvolvimientode obras de protección contra la acción de los ríos, por medio de desbordes, etc.,han puesto al diseño y la construcción de taludes en un plano de importanciaingenieril de primer orden. Tanto por el aspecto de inversión como por el deconsecuencias derivadas de su falla, los taludes constituyen hoy una de lasestructuras ingenieriles que exigen mayor cuidado por parte del proyectista.Es obvio que la construcción de estas estructuras es probablemente tan antiguacomo la misma humanidad; sin embargo, durante casi toda la época histórica yhan constituido un problema al margen de todainvestigación científica; hastahace relativamente pocos años los taludes se manejaron con normas puramenteempíricas, sin ningún criterio generalizador de las experiencias adquiridas, laexpansión del ferrocarril y el canal primero y de la carretera después, provocaronlos primeros intentos para el estudio racional de este campo; pero no fue sinohasta el advenimiento de la actual Mecánica de Suelos cuando fue posible aplicaral diseño de taludes normas y criterios, que sistemáticamente tomasen en cuentalas propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos constitutivos, obteniendoexperiencia sobre bases firmes y desarrollando las ideas teóricas que permitenconocer cada vez más detalladamente el funcionamiento particular de estasestructuras. La historia del desarrollo de la técnica constructiva depresas detierra y de los métodos de análisis de las mismas es uno de los tantos ejemplos enapoyo de la afirmación anterior; hoy gracias al aporte de la Mecánica de Suelos alanálisis de taludes, entre otras razones se constituyen doquiera presas que haceapenas 30 ó 40 años se estimarían imposibles de realizar.
AGUAS CONTINENTALES
Aguas superficiales son las aguas que circulan sobre la superficie del suelo. El agua superficial se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el afloramiento de aguas subterraneas. Pueden presentarse en forma correntosa, como en el caso de corrientes, rios y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, oceanos y mares.
Para propósitos regulatorios, suele definirse al agua superficial como toda agua abierta a la atmósfera y sujeta a escorrentía superficial. Una vez producida, el agua superficial sigue el camino que le ofrece menor resistencia. Una serie de arroyos, riachuelos, corrientes y ríos llevan el agua desde áreas con pendiente descendente hacia un curso de agua principal.
Una área de drenaje suele denominarse como cuenca de drenaje o cuenca hidrografica.
La calidad del agua está fuertemente influenciada por el punto de la cuenca en que se desvía para su uso. La calidad de corrientes, ríos y arroyos, varía de acuerdo a los caudales estacionales y puede cambiar significativamente a causa de las precipitaciones y derrames accidentales. Los lagos, reservorios, embalses y lagunas presentan en general, menor cantidad de sedimentos que los ríos, sin embargo están sujetos a mayores impactos desde el punto de vista de actividad microbiológica. Los cuerpos de agua quietos tales como lagos y reservorios, envejecen en un período relativamente grande como resultado de procesos naturales. Este proceso de envejecimiento está influenciado por la actividad microbiológica que se encuentra relacionada directamente con los niveles de nutrientes en el cuerpo de agua y puede verse acelerada por la actividad humana.
IMPACTOS EN AGUAS SUPERFICIALES
Por contaminación de las aguas superficiales, se entiende la incorporación de elementos extraños (de naturaleza física, química o biológica), los cuales hacen inútil su uso (para beber, vida acuática, recreación, riego, en industria, energía, transporte).Distintas actuaciones tienen que ver con la contaminación de las aguas superficiales.
· Industrias o centrales que utilizan el agua como refrigerante. El correspondiente vertido de agua a mayor temperatura.
· Industrias que vierten aguas residuales. También, provenientes de zonas urbanas.
· Dragado de ríos, lagos, estuarios, zonas costeras, en presas.
· Construcción de presas. Canalización de ríos.
· Deforestación. Desarrollo agrícola con uso de agroquímicos.
· Vertido de residuos tóxicos y peligrosos por la explotación minera.
· Derrames o vertidos por la industria petrolera.
· Proyectos urbanos adyacentes a ríos, lagos, estuarios o áreas de costa.
La contaminación de las aguas por acción del hombre, comenzó a ser sensible al organizarse las ciudades. La preocupación inicial del hombre urbano era por su salud en relación con los residuos orgánicos, expresada con baños alejados del resto de las casas, en canales abiertos en las calles, y finalmente en drenajes. El sistema de drenajes que conducía el agua servida a letrinas, fue posteriormente reemplazado por vertidos hacia ríos importantes o hacia el mar. Esta situación se agravó por el desarrollo industrial y el uso de las masas de agua como depositarias de tales residuos. Recién a comienzos del siglo XX comenzó la preocupación por el tratamiento en pozas sépticas que ha ido evolucionando a sistemas más avanzados de depuración. Inicialmente, estos sistemas se preocupaban más por la separación de los elementos contaminantes, para ahora incluir en esa preocupación a la eliminación de los elementos residuales de la propia depuración.La calidad del agua
Pero, ¿qué califica al agua para considerarse apta para distintos usos?. La calidad del agua puede medirse a través de sus características físicas, químicas y biológicas. Cada una de ellas puede a su vez ser caracterizadas por distintos parámetros, generalmente según su origen, conforme se indica en la tabla siguiente.
Características asociadas a la calidad del agua
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Características
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Fuentes
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Propiedades físicas
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· Color
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Residuos domésticos e industriales, descomposición de materiales orgánicos.
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· Olor
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Aguas residuales en descomposición, residuos industriales.
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· Sólidos
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Abastecimiento de agua, residuos domésticos e industriales, erosión de suelos, infiltración de aguas subterráneas, residuos mineros.
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· Temperatura
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Residuos domésticos e industriales y mineros. Centrales.
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Componentes químicos
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Orgánicos
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· Carbohidratos
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Grasas animales, aceites, grasas
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Pesticidas
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Residuos agrícolas
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· Fenoles
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Residuos industriales
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· Proteínas
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Contaminantes principales
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Detergentes
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Compuestos orgánicos volátiles
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Otros
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Descomposición natural de materiales orgánicos.
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Inorgánicos
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· Alcalinidad
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Residuos domésticos, abastecimiento de agua, infiltración de aguas subterráneas.
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· Cloruros
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Residuos domésticos, abastecimiento de agua, infiltración de aguas subterráneas
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· Metales pesados
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Residuos industriales
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· Nitrógeno
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Residuos domésticos y agrícolas
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· Acidez
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Fósforo
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Contaminantes principales
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Residuos domésticos, actividades comerciales e industriales
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· Azufre
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Residuos domésticos, abastecimiento de agua, actividades comerciales e industriales.
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Gases
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· Sulfuro de hidrógeno
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Descomposición de residuos domésticos.
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· Metano
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Descomposición de residuos domésticos.
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· Oxígeno
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Abastecimiento de agua, actividades comerciales e industriales.
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Constituyentes biológicos
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· Animales
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Cursos de agua abiertos y plantas de tratamiento.
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· Plantas
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Cursos de agua abiertos y plantas de tratamiento
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· Bacterias
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Residuos domésticos, infiltración de aguas superficiales, plantas de tratamiento.
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· Virus
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Residuos domésticos.
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Los derrumbes
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| Los derrumbes son movimientos de tierra, de forma rápida, violenta y espectacular que se producen en fuertes pendientes, originados por la gravedad o por saturación de agua.Existen muchos factores que contribuyen a la formación de los derrumbes; principalmente el clima, la topografía y el ser humano. |  | |
El ClimaSegún las características que presenta el clima, puede favorecer la inestabilidad del subsuelo al aportar una gran cantidad de agua. La presión que ejerce el líquido en los poros y fisuras del suelo desencadenan el derrumbe.
Así mismo, las lluvias y la formación de corrientes de agua por la superficie producen las
erosiones de la tierra creando inestabilidad que puede producir un derrumbe.
La TopografíaLos deslizamientos ocurren con mayor frecuencia en terrenos de pendiente
pronunciada y desprovistos de vegetación. | ||
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El ser humano:El clima y la topografía forman
parte del natural equilibrio geológico. Pero este equilibrio por lo general es roto por la actividad constructiva y destructiva del hombre. De esta manera, se contribuye a provocar o acelerar estos fenómenos.
Ejemplo de esto son las carreteras que se
construyen por zonas montañosas, o en terrenos inestables y pocos comprimidos. Para esto se necesita una planificación adecuada. | |
Los efectos que causan los deslizamientos de tierra:
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