Metodologıa para Analisis RetrospectivoGeotecnico de Fallas

Por:Ivan Camilo Morales Buitrago

Trabajo de Grado para optar por el grado de:Ingeniero Civil

DirectorIngeniero Santiago Osorio Ramırez

Universidad Nacional de ColombiaSede Manizales

Facultad de Ingenierıa y ArquitecturaDepartamento de Ingenierıa Civil

Manizales2011

Geotechnical Back Analysis Methodology

Ivan Camilo Morales Buitrago

Graduate Work to qualify for the degree ofCivil Engineer

SupervisorEngineer Santiago Osorio Ramırez

Universidad Nacional de ColombiaSede Manizales

Faculty of Engineering and ArchitectureDepartment of Civil Engineering

Manizales2011

Informacion Trabajo de Grado

Tıtulo:

Metodologıa de Analisis Retrospectivo Geotecnico de Fallas

Desarrollado por:

Ivan Camilo Morales Buitrago

Director:

Ingeniero Santiago Osorio RamırezCorporacion Autonoma Regional de Caldas, CORPOCALDAS

Jurado:

Geologo Eugenio Duque EscobarUniversidad Nacional de Colombia Sede Manizales

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Indice general

I Preliminares 1

1. Introduccion 21.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Organizacion del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3.1. Objetivos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3.2. Objetivos Especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

II Marco Teorico 5

2. Movimientos en Masa 62.1. Definicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2. Nomenclatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.1. Talud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.2. Partes de un Talud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.3. Deslizamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2.4. Partes de un Deslizamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3. Clasificacion Movimientos en Masa . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.1. Caıdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.2. Inclinacion o Volcamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3.3. Reptacion (Creep) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3.4. Deslizamientos en Masa (Traslacionales y Rotacionales) . . 152.3.5. Deslizamiento Rotacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.3.6. Deslizamiento de Traslacion . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3.7. Extension lateral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3.8. Hundimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.9. Flujos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.3.10. Flujos de Lodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.3.11. Avalancha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.3.12. Movimientos Complejos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

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3. Estabilidad de Taludes 373.1. Herramientas Disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.2. Software de Estabilidad de taludes Slide 5.0 de ROCSCIENCE . 393.3. Metodologıas para el Analisis de la Estabilidad . . . . . . . . . . . 41

3.3.1. Caracterısticas del analisis de lımite de equlibrio . . . . . . 413.3.2. Parametros Utilizados en los Analisis de Lımite de Equilibrio 46

3.4. Metodos de Lımite de Equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.4.1. Metodo de Talud Infinito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4. Analisis Retrospectivo de Fallas 544.1. Definicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544.2. Metodos de analisis retrospectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.2.1. Metodos propuestos por Laurence D. Wesley y Viraja Lee-laratnam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.2.2. Metodo propuesto por Duncan . . . . . . . . . . . . . . . . 574.2.3. Taludes intactos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

III Marco Experimental 61

5. Aspectos Generales 625.1. Localizacion de los deslizamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.2. Climatologıa region de los deslizamientos . . . . . . . . . . . . . . 635.3. Propiedades Geologicas de los deslizamientos . . . . . . . . . . . . 64

5.3.1. Propiedades Geologicas Deslizamiento Barrio Villa Kempis 655.3.2. Propiedades Geologicas Deslizamiento Iglesia Barrio El Gua-

mal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.4. Propiedades Geotecnicas de los Suelos . . . . . . . . . . . . . . . 73

5.4.1. Propiedades Geotecnicas de los Suelos Deslizamiento BarrioVilla Kempis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5.4.2. Propiedades Geotecnicas de los Suelos Deslizamiento IglesiaBarrio El Guamal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

5.5. Aproximacion Metodo de Analisis de Estabilidad . . . . . . . . . 795.5.1. Deslizamiento Barrio Villa Kempis . . . . . . . . . . . . . 795.5.2. Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal . . . . . . . . . . . 83

6. Metodologıa 896.1. Deslizamiento Barrio Villa Kempis . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896.1.2. Mecanismo de Falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896.1.3. Geometrıa previa a la falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . 906.1.4. Materiales Involucrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

iii

6.1.5. Sobrecargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916.1.6. Aceleracion Sısmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 946.1.7. Metodologıa de Analisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 946.1.8. Niveles Freaticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.2. Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal . . . . . . . . . . . . . . . 966.2.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.2.2. Mecanismo de Falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.2.3. Geometrıa original del Talud . . . . . . . . . . . . . . . . . 976.2.4. Materiales Involucrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 976.2.5. Sobrecargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 986.2.6. Aceleracion Sismica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006.2.7. Metodologıa de Analisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006.2.8. Niveles Freaticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

7. Resultados 1037.1. Deslizamiento Barrio Villa Kempis . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

7.1.1. Resultados Metodo de Talud Infinito Deslizamiento BarrioVilla Kempis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

7.1.2. Resultados Metodo Janbu Simplificado Deslizamiento Ba-rrio Villa Kempis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

7.2. Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal . . . . . . . . . . . . . . . 1047.2.1. Resultados Metodo de Talud Infinito Deslizamiento Iglesia

Barrio El Guamal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1057.2.2. Resultados Metodo Janbu Simplificado Deslizamiento Igle-

sia Barrio El Guamal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

IV Discusiones y Conclusiones 110

iv

Indice de cuadros

3.1. Metodologıas utilizadas en los analisis convencionales de estabili-dad de taludes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.2. Metodos de analisis de estabilidad de taludes . . . . . . . . . . . . 50

5.1. Facies de la Formacion Casabianca (Tscb) presente en la zona deestudio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5.2. Resumen de la clasificacion de los Depositos de Caıda Piroclastica(Qcp). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.3. Facies de la Formacion Casabianca (Tscb) presente en la zona deestudio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5.4. Resumen Propiedades Depositos Caıda Piroclastica. . . . . . . . . 765.5. Resumen Propiedades Deposito de flujos de escombros. . . . . . . 775.6. Resumen Propiedades Deposito de flujos de Formacion Casabianca. 79

6.1. Resumen Propiedades Depositos Caıda Piroclastica. . . . . . . . . 926.2. Resumen Propiedades Deposito de flujos de Formacion Casabianca. 100

7.1. Resultados Pareja Cohesion C y Angulo de Friccion φ por AnalisisRetrospectivo Deslizamiento Barrio Villa Kempis. . . . . . . . . . 105

7.2. Resultados Pareja Cohesion C y Angulo de Friccion φ por AnalisisRetrospectivo Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal. . . . . . . 107

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Resumen

Los metodos de analisis de estabilidad de taludes son herramientas usa-das por la ingenierıa geotecnica, con el fin de analizar las condiciones de laderaspara predecir su comportamiento e implementar medidas tendientes a mante-ner la condicion de estabilidad en el tiempo tales como modificar su geometrıamediante actividades de excavacion y relleno, teniendo en cuenta el presupues-to y seguridad de la obra. Estos metodos idealisan la ladera, mediante modelosnumericos que tienen en cuenta sus caracterısticas, tales como su forma y propie-dades mecanicas de los materiales que la conforman. Este analisis se realiza antesde iniciar culaquier modificacion a una ladera. Al momento de llegar a la fallaalguno de los taludes disenados mediante estos metodos, se desea saber cualesfueron los factores que incidieron en este proceso. Para poder dar solucion a estosinterrogantes, y mejorar la sensibilidad de los analisis de estabilidad de taludes, laingenierıa geotecnica hace uso de el Metodo de Analisis Retrospectivo de Fallas,tambien denominado Back Analysis (De su traduccion al ingles), para estimar laresistencia in situ del suelo. Esta resistencia se representa generalmente por losparametros de resistencia al corte en tensiones efectivas de Mohr-Coulomb, cohe-sin C y angulo de friccion interna φ. El analisis retrospectivo de fallas de taludeses un metodo efectivo que incorpora importantes factores que muchas veces noson bien representados en ensayos de laboratorio, tales como la estructura delsuelo, la no homogeneidad, influencia de fisuras en la resistencia al corte y el efec-to de los planos de debilidad dentro de la masa de suelo. Teniendo en cuenta estasdefiniciones, en este trabajo se pretender desarrollar una metodologıa simple parala aplicacion del metodo de analisis retrospectivo de fallas, con el fin de poderloimplementar efectivamente en deslizamientos en los que intervengan funcionariosde la Corporacin Autonoma Regional de Caldas, CORPOCALDAS. Despues deanalizados los deslizamientos, poder correlacionar sus caracterısticas con taludesde zonas aledanas de similares condiciones geologicas y geotecnicas, permitiendosu clasificacion y de este modo tomar medidas correctivas a los mas crıticos, esdecir los que han demostrado recientemente inestabilidad. Para el desarrollo de lametodologıa de analisis retrospectivo de fallas, este se fundamenta completamen-te en el analisis de dos deslizamientos ubicados en la zona urbana de la ciudadde Manizales, Caldas; Deslizamiento de Villa Kempis y Deslizamiento Iglesia del

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Guamal, ocurridos en Abril de 2011. Estos movimientos en masa fueron elegidospor su magnitud e importancia para la zona de afectacion, nombrados por suubicacion dentro de la ciudad y por la fecha del movimiento cercanas a las deldesarrollo de este trabajo.

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Abstract

The methods of slope stability analysis are tools used for geotechnical engi-neering, to analyze the conditions of slopes to make modifications to its geometrythrough excavation and fill activities, taking into account the budget and safetyof the work. These methods idealism the slope, using numerical models that ta-ke into account their characteristics, such as shape and mechanical propertiesof the materials that comprise them. This analysis is done before any modifica-tion to a hillside. To the time of the failure to reach any of the banks designedusing these methods, we want to know what were the factors that influenced thisprocess. To answer these questions, geotechnical engineer uses the RetrospectiveAnalysis of Failures Method, also called Back Analysis, to estimate the in situsoil strength. This resistance is usually represented by the shear strength para-meters in effective stress Mohr-Coulomb, cohesion C and internal friction angleφ. The Back Analysis is an effective method that incorporates important factorsare often not well represented in trials laboratory such as soil structure, non-uniformity, influence of cracks in the shear strength and the effect of the planesof weakness within the soil mass. Given these of definition, in this work is desireddevelop a methodology for applying the Back Analysis method failure, being ableto effectively implement landslides involving officials of the Corporacin AutnomaRegional de Caldas, CORPOCALDAS. After reviewing the slides, to correlatetheir characteristics with slopes from nearby areas with similar conditions, allo-wing classification and its thus take corrective measures to the most critics. Todevelop the methodology of Back Analysis method, this fully implemented in theanalysis of two landslides located in the urban area of the city of Manizales, Cal-das: Sliding Villa Kempis and Slip Guamal Church. These mass movements werechosen by its magnitude and importance to the affected zone, named for theirlocation within the city and the date of those movement near of development ofthis work.

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Parte I

Preliminares

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Capıtulo 1

Introduccion

1.1. Planteamiento del problema

Los parametros de resistencia al corte de los suelos, cohesion C y angulo defriccion interna φ, pueden ser determinados con mayor confiabilidad a partir de laaplicacion del analisis retrospectivo de fallas una vez ocurrido un deslizamiento.Estos parametros, ası obtenidos, son mas representativos que aquellos obtenidosde pruebas de laboratorio o ensayos in situ, especialmente cuando se preve laimplementacion de medidas de mitigacion o correccion. Los valores obtenidos delanalisis retrospectivo pueden ser empleados para el analisis de la estabilidad entaludes que poseen caracterısticas similares o que estan ubicadas en la mismaregion. Un deslizamiento puede ser considerado como una prueba de campo agran escala, donde el analisis retrospectivo de fallas es un procedimiento util pa-ra estimar directamente los parametros del suelo a lo largo de la superficie defalla. Este proceso ayuda a superar algunas de las limitaciones e incertidumbrespresentes en el empleo de muestras de laboratorio necesarias para obtener losparametros del suelo. Por otra parte, la necesidad de obtener una muestra repre-sentativa para realizar estos ensayos se evita. Los parametros determinados por elanalisis retrospectivo de fallas consideran la influencia de la estructura del suelo,la heterogeneidad, la existencia de fisuras, las superficies de falla pre-existentes,y las cargas a largo plazo.

El problema queda entonces presentado de la siguiente forma: como puedeaplicarse la metodologıa de analisis retrospectivo de fallas en deslizamientos ocu-rridos en la ciudad de Manizales y como se pueden relacionar los parametros decohesion C y angulo de friccion interna φ, obtenidos mediante esta metodologıa,con los parametros obtenidos en laboratorio.

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1.2. Organizacion del documento

Este documento esta compuesto por cuatro secciones. Preliminares, MarcoTeorico, Marco Experimental, Discusiones y Conclusiones.

Los contenidos seran los siguientes: En el capıtulo dos, se presentan con-ceptos relacionados con los movimientos en masa, su definicion y principales tipos.Seguidamente se habla sobre mecanismos de falla y una breve introduccion a laestabilidad de taludes. Luego se continua con analisis retrospectivo de fallas, temadonde se centra el desarrollo de este documento.

En el capıtulo tres se presenta la metodologıa de trabajo utilizada, asi comolos conjuntos de pruebas y calculos realizados y los resultados obtenidos. Estecapıtulo se divide en dos grandes secciones, donde se analizan los deslizamientosescojidos para el desarrollo de la metodologıa: Deslizamiento de Villa Kempis yDeslizamiento Iglesia del Guamal.

Los resultados de los analisis son discutidos en el capıtulo cinco, presentadoa su vez, las conclusiones del mismo.

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1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivos Generales

Desarrollar una metodologıa para el analisis retrospectivo de fallas en des-lizamientos ocurridos en la ciudad de Manizales, con el fin de relacionar sus re-sultados con taludes ubicados en la misma region o que posean caracterısticassimilares.

1.3.2. Objetivos Especıficos

Determinar los parametros de cohesion C y angulo de friccion interna φ,para los cuales se desarrollaron los movimientos en masa de las regionesanalizadas en el documento.

Comparar los resultados de parametros de cohesion C y angulo de friccioninterna φ, obtenidos mediante la metodologıa de analisis retrospectivo defallas, y los obtenidos mediante ensayos de laboratorio.

Poder identificar posibles limitaciones de la metodologıa en la region deanalisis.

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Parte II

Marco Teorico

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Capıtulo 2

Movimientos en Masa

2.1. Definicion

Los deslizamientos de tierra son uno de los procesos geologicos mas destruc-tivos que afectan a los humanos, causando miles de muertes y danos en las propie-dades, por valor de decenas de billones de dolares cada ano (Brabb y Hrrod,1989).

Figura 2.1: Efectos directos e indirectos derivados de la ocurrencia de los desliza-mientos de tierra.

Los deslizamientos producen cambios en la morfologıa del terreno, diversos

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danos ambientales, danos en las obras de infraestructura, destruccion de vivien-das, puentes, bloqueo de rıos, etc. (Figura 2.1). El volumen total de danos essuperior al de los terremotos y las inundaciones. Sin embargo, un gran porcen-taje de las perdidas por deslizamientos son evitables si el problema se identificacon anterioridad y se implementan las medidas de prevencion o control. Los des-lizamientos estan relacionados con las montanas segun se observa en la Figura2.2.

Aunque en todos los sistemas de montanas ocurren deslizamientos de tie-rra, algunas regiones son mas susceptibles a las amenazas por movimientos delterreno.

Figura 2.2: Areas donde frecuentemente ocurren deslizamientos en el mundo.Se puede observar que las amenazas coinciden con las principales cadenas mon-tanosas.

Las zonas montanosas tropicales son muy susceptibles a sufrir problemasde deslizamientos de tierra, debido a que generalmente se reunen cuatro de loselementos mas importantes para su ocurrencia tales como el relieve, la sismicidad,la meteorizacion y las lluvias intensas. Los taludes y sus procesos son estudiadospor una gran variedad de disciplinas del conocimiento tales como: La geologıa,la geomorfologıa, la geotecnia, las ciencias del suelo, la hidrologıa, las cienciasforestales, etc. Ademas, muchas otras disciplinas tienen relacion con los taludesy sus efectos o implicaciones: la arquitectura, la planeacion urbana, la ingenierıaen todas sus especialidades, la agricultura, el turismo, etc.

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El resultado es la presencia de multiples ciencias en las cuales se utilizagran variedad de terminos para describir procesos similares. En la siguiente sec-cion, se establece la nomenclatura basica que se recomienda sea utilizada para elestudio de los taludes y los deslizamientos de tierra y se define la clasificacion delos diferentes tipos de movimientos, desde el punto de vista geotecnico.

2.2. Nomenclatura

La nomenclatura mas comunmente utilizada en las ciencias geotecnicas,se basa en los sistemas de clasificacion propuestos por Hutchinson (1968) y porVarnes (1958 y 1978). Este ultimo sistema fue actualizado por Cruden y Var-nes en el Special Report 247 del Transportation Research Board de los EstadosUnidos (1996) y es el sistema de nomenclatura y clasificacion mas utilizado enel mundo. A esta clasificacion se le agregaron a algunos elementos nuevos e im-portantes, aunque en terminos generales, se mantuvieron los principios basicosde la clasificacion del TRB, complementandolos con otros vocablos y terminos,los cuales no se encontraban en la terminologıa original del TRB. Por otra parte,en cada paıs o region se utilizan algunos vocablos propios. Los terminos basicosmas aceptados universalmente son el de Talud para identificar una superficie conrelieve inclinado y el de Deslizamiento para los movimientos del talud.

2.2.1. Talud

Un Talud o ladera es una masa de tierra que no es plana sino que presentauna pendiente o cambios significativos de altura. En la literatura tecnica se definecomo Ladera cuando su conformacion actual tuvo como origen un proceso naturaly Talud cuando se conformo artificialmente (Figura 2.3). Los taludes se puedenagrupar en tres categorıas generales: los terraplenes, los cortes de laderas naturalesy los muros de contencion. Se pueden presentar combinaciones de los diversos tiposde taludes y laderas. Las laderas o taludes que han permanecido estables pormuchos anos, pueden fallar debido a cambios topograficos, sısmicos, a los flujosde agua subterranea, a los cambios en la resistencia del suelo, la meteorizaciono a factores de tipo antropico o natural que modifiquen su estado natural deestabilidad. Un talud estable puede convertirse en un Deslizamiento.

2.2.2. Partes de un Talud

Existen algunos terminos para definir las partes de un talud. El taludcomprende una parte alta o superior convexa con una cabeza, cima, cresta oescarpe, donde se presentan procesos de denudacion o erosion; una parte inter-media semi-recta y una parte baja o inferior concava con un pie, pata o base,

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Figura 2.3: Nomenclatura de taludes y laderas.

en la cual ocurren principalmente procesos de depositacion (Figura 2.4). En un

Figura 2.4: Partes generales de un talud o ladera.

talud o ladera se definen los siguientes elementos constitutivos:

Pie, pata o base El pie corresponde al sitio de cambio brusco de la pen-diente en la parte inferior del talud o ladera. La forma del pie de una laderaes generalmente concava.

Cabeza, cresta, cima o escarpe Cabeza se refiere al sitio de cambiobrusco de la pendiente en la parte superior del talud o ladera. Cuando lapendiente de este punto hacia abajo es semi- vertical o de alta pendien-te, se le denomina Escarpe. Los escarpes pueden coincidir con coronas dedeslizamientos. La forma de la cabeza generalmente es convexa.

Altura Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presentaclaramente definida en taludes artificiales, pero es complicada de cuantificar

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en las laderas debido a que el pie y la cabeza generalmente no son accidentestopograficos bien marcados.

Altura de nivel freatico Es la distancia vertical desde el pie del taludo ladera hasta el nivel de agua (la presion en el agua es igual a la presionatmosferica). La altura del nivel freatico se acostumbra medirla debajo dela cabeza del talud.

Pendiente Es la medida de la inclinacion de la superficie del talud o lade-ra. Puede medirse en grados, en porcentaje o en relacion m:1, en la cual mes la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia ver-tical. Ejemplo: 45 ◦ = 100 % = 1H:1V. Los suelos o rocas mas resistentesgeneralmente forman laderas de mayor pendiente y los materiales de bajaresistencia o blandos, tienden a formar laderas de baja pendiente.

2.2.3. Deslizamiento

Los deslizamientos (Landslides) consisten en movimientos de masas deroca, residuos o tierra, hacia abajo de un talud (Cruden 1991). En el terminoDeslizamiento se incluyen tanto los procesos de erosion como los procesos de-nudacionales. La naturaleza precisa del proceso no esta incluida en la definicione incluye procesos que son producto de la accion de las fuerzas gravitacionales,hidraulicas, etc. Los movimientos ocurren generalmente a lo largo de las super-ficies de falla, por caıda libre, movimientos en masa, erosion o flujos. Algunossegmentos del talud o ladera, pueden moverse hacia abajo mientras otros se mue-ven hacia arriba. Los fenomenos de inestabilidad incluyen, generalmente, unacombinacion de procesos erosionales y denudacionales interrelacionados entre sı ya menudo mezclados.

Por ejemplo, la erosion en rıos es un fenomeno activador de movimientosen masa y los dos fenomenos actuan conjuntamente en el proceso de inestabilidad.Los procesos denudacionales pueden activar procesos erosionales y viceversa. Losprocesos de erosion actuan generalmente sobre las capas mas subsuperficialesdel perfil y los denudacionales o de remocion en masa afectan el perfil a unaprofundidad considerable.

2.2.4. Partes de un Deslizamiento

En la Figura 2.5 se muestra un deslizamiento tıpico o desplazamiento enmasa. Las partes principales son las siguientes:

Cabeza. Parte superior de la masa de material que se mueve. La cabeza deldeslizamiento no corresponde necesariamente a la cabeza del talud. Arribade la cabeza esta la corona.

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Cima. El punto mas alto de la cabeza, en el contacto entre el materialperturbado y el escarpe principal.

Corona. El material que se encuentra en el sitio, (practicamente inaltera-do), adyacente a la parte mas alta del escarpe principal, por encima de lacabeza.

Escarpe principal. Superficie muy inclinada a lo largo de la periferia pos-terior del area en movimiento, causado por el desplazamiento del material.La continuacion de la superficie del escarpe dentro del material conformala superficie de la falla.

Escarpe secundario. Superficie muy inclinada producida por el despla-zamiento diferencial dentro de la masa que se mueve. En un deslizamientopueden formarse varios escarpes secundarios.

Superficie de falla. Area por debajo del movimiento y que delimita elvolumen del material desplazado. El suelo por debajo de la superficie de lafalla no se mueve, mientras que el que se encuentra por encima de esta, sedesplaza. En algunos movimientos no hay superficie de falla.

Pie de la superficie de falla. La lınea de interceptacion (algunas vecestapada) entre la parte inferior de la superficie de rotura y la superficieoriginal del terreno.

Base. El area cubierta por el material perturbado abajo del pie de la su-perficie de falla.

Punta o una. El punto de la base que se encuentra a mas distancia de lacima.

Cuerpo principal del deslizamiento. El material desplazado que se en-cuentra por encima de la superficie de falla. Se pueden presentar varioscuerpos en movimiento.

Superficie original del terreno. La superficie que existıa antes de que sepresentara el movimiento.

Costado o flanco. Un lado (perfil lateral) del movimiento. Se debe dife-renciar el flanco derecho y el izquierdo.

Derecha e izquierda. Para describir un deslizamiento se recomienda uti-lizar la orientacion geografica (Norte, Sur, Este, Oeste); pero si se empleanlas palabras derecha e izquierda, deben referirse al deslizamiento observadodesde la corona hacia el pie.

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Figura 2.5: Partes generales de un talud o ladera.

2.3. Clasificacion Movimientos en Masa

Para la clasificacion de los deslizamientos se presenta el sistema propuestopor Varnes (1978), el cual tipifica los principales tipos de movimiento. Aquı se pre-sentan algunas adiciones a los procesos de movimiento identificados originalmentepor Varnes. Algunos de estos movimientos estan incluidos en la clasificacion de losprocesos de deterioro (previos a un deslizamiento) y es difıcil identificar cuandoson procesos de deterioro y cuando son componentes principales del movimientodel talud. Por ejemplo, la erosion se clasifica como un proceso y no como un tipode movimiento.

2.3.1. Caıdo

Caıdo es el desprendimiento y caıda de materiales del talud. En los caıdosse desprende una masa de cualquier tamano desde un talud de pendiente fuer-te a lo largo de una superficie en la cual el desplazamiento de corte es mınimoo no se da. Este desplazamiento se produce principalmente por caıda libre, asaltos o rodando (Figura 2.6). Los caıdos de suelo, en escarpes semi-verticales,representan un riesgo importante para los elementos que estan debajo del talud(Figura 2.7). Los caıdos pueden incluir desde suelo y partıculas relativamente

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Figura 2.6: Esquema de cados de roca y residuos.

pequenas, hasta bloques de varios metros cubicos. Los fragmentos son de dife-rentes tamanos y generalmente se rompen en el proceso de caıdo. Los caıdos deroca corresponden a bloques de roca relativamente sana; los caıdos de residuos odetritos, estan compuestos por fragmentos de materiales petreos y los caıdos detierra, corresponden a materiales compuestos de partıculas pequenas de suelo omasas blandas. Los caıdos o desprendimientos de suelo ocurren en taludes de muyalta pendiente, especialmente en las terrazas producto de depositos aluviales. Laactivacion de caıdos, o derrumbes de suelo, es muy comun en los suelos residualescon estructuras heredadas. Generalmente, van precedidos de agrietamientos enla cabeza del talud. Los procesos del movimiento de los caıdos incluye un ran-go completo de movimientos rapidos tales como: saltos, brincos, rebotes, giros,caıdas, etc. Todos estos movimientos pueden ocurrir en secuencias diferentes. Elmovimiento de caıdo es muy rapido a extremadamente rapido y puede o no, estarprecedido de movimientos menores que conduzcan a la separacion progresiva oa la inclinacion del bloque o masa de material. Comunmente, los caıdos ocurrensin evidencias previas de movimiento. Los factores que controlan el tipo precisode movimiento, son la pendiente del talud, la morfologıa y la rugosidad de lasuperficie (incluyendo la cobertura vegetal).

2.3.2. Inclinacion o Volcamiento

Este tipo de movimiento consiste en una rotacion hacia adelante de unaunidad o unidades de material terreo con centro de giro por debajo del centrode gravedad de la unidad. Generalmente, los volcamientos ocurren en las forma-ciones rocosas, pero tambien, se presentan en suelos cohesivos secos y en suelosresiduales (Figura 2.8). La inclinacion puede abarcar zonas muy pequenas o in-cluir volumenes grandes hasta de varios millones de metros cubicos.

Las caracterısticas de la estructura de la formacion geologica determinan

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Figura 2.7: Caıdo o desprendimiento de suelo.

la forma de ocurrencia de la inclinacion. Las caracterısticas de buzamiento y es-tratificacion de los grupos de discontinuidades definen el proceso, la naturalezadel proceso, la altura y el tamano del bloque inclinado. Dependiendo de las ca-racterısticas geometricas y de la estructura geologica, la inclinacion puede o noterminar en caıdos o en derrumbes (Figura 2.9 y 2.10). Las fuerzas que producenel volcamiento son generadas por las unidades adyacentes, el agua en las grietaso juntas, las expansiones y los movimientos sısmicos. Las inclinaciones puedenvariar de extremadamente lentas a extremadamente rapidas.

Por lo general, son lentas a extremadamente lentas al inicio y aumentande velocidad con el tiempo. A menudo, terminan en caıdos de roca o residuos,derrumbes (caıdos de suelo) o flujos (Figura 2.11). En los volcamientos de roca,las fracturas definen las caracterısticas del movimiento. En las inclinaciones delsuelo las grietas de tension, la cohesion de los materiales, la altura y la pendientede los taludes, determinan el volumen de la masa, la magnitud del movimiento yla posibilidad de desmoronamiento, caıdo o flujo.

Se pueden diferenciar tres tipos de volcamiento:

Volcamiento a flexion Columnas continuas se rompen y separan unas deotras en flexion a medida que se inclinan hacia adelante (Figura 2.12).

Volcamiento en V invertida Consiste en la inclinacion multiple de unaserie de bloques con centro de giro en la superficie inferior del sistema devolcamiento, el cual puede convertirse en una superficie de falla.

Flexion en bloque Flexion continua de columnas largas a traves de des-plazamientos acumulados a lo largo de las numerosas juntas.

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Figura 2.8: Procesos que conducen al Volcamiento o inclinacin en materiales re-siduales.

2.3.3. Reptacion (Creep)

La reptacion o creep consiste en movimientos del suelo subsuperficial desdemuy lentos a extremadamente lentos sin una superficie definida de falla. La pro-fundidad del movimiento puede ser desde pocos centımetros hasta varios metros.Generalmente, el desplazamiento horizontal es de unos pocos centımetros al anoy afecta a grandes areas de terreno (Figura 2.13). La reptacion puede precedera movimientos mas rapidos como los flujos o deslizamientos traslacionales. Lareptacion comunmente ocurre en las laderas con pendiente baja a media. Se leatribuye a las alteraciones climaticas relacionadas con los procesos de humede-cimiento y secado en los suelos, usualmente arcillosos, muy blandos o alterados,con caracterısticas expansivas.

2.3.4. Deslizamientos en Masa (Traslacionales y Rotacio-nales)

El deslizamiento en masa consiste en un desplazamiento de corte a lo largode una o varias superficies, que pueden detectarse facilmente o dentro de una zona

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Figura 2.9: Inclinacion y caıdos en un proceso de erosion.

Figura 2.10: El volcamiento puede generar un desmoronamiento del talud o fallaen escalera, formando caıdos o derrumbes.

relativamente delgada (Figura 2.14). Los deslizamientos en masa pueden ser deuna sola masa coherente que se mueve, o pueden comprender varias unidades omasas semi-independientes. El movimiento puede ser progresivo, o sea, que no seinicia simultaneamente a lo largo de toda la que serıa la superficie de falla, sinoque se va generando en un proceso gradual. La superficie de falla es una zonade determinado espesor, en la cual se producen cambios volumetricos y despla-zamientos relacionados con la falla o rotura, al cortante de los materiales. Losdesplazamientos en masa se pueden subdividir en subtipos denominados desli-zamientos rotacionales, deslizamientos traslacionales o planares y deslizamientoscompuestos de rotacion y traslacion. Esta diferenciacion es importante porquepuede definir el sistema de analisis y el tipo de estabilizacion que se va a emplear.

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Figura 2.11: Proceso de falla al volcamiento.

Figura 2.12: Modos complejos de volcamiento.

2.3.5. Deslizamiento Rotacional

En un desplazamiento rotacional, la superficie de falla es concava haciaarriba y el movimiento es rotacional con respecto al eje paralelo a la superficie ytransversal al deslizamiento. El centro de giro se encuentra por encima del centrode gravedad del cuerpo del movimiento. Visto en planta, el deslizamiento derotacion posee una serie de agrietamientos concentricos y concavos en la direcciondel movimiento. El movimiento produce un area superior de hundimiento y otrainferior de deslizamiento, lo cual genera, comunmente, flujos de materiales por

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Figura 2.13: Esquema de un proceso de reptacion.

Figura 2.14: Deslizamientos en suelos blandos.

debajo del pie del deslizamiento (Figura 2.15). La cabeza del movimiento basculahacia atras y los arboles se inclinan, de forma diferente, en la cabeza y en el piedel deslizamiento.

Curvatura de la superficie de falla Los deslizamientos estrictamente rotacio-nales (cırculos de falla) ocurren usualmente en suelos homogeneos, seannaturales o artificiales y debido a su facilidad de analisis son el tipo dedeslizamiento mas estudiado en la literatura. En las zonas tropicales cuan-do existe rotacion, la superficie de falla generalmente es curva, pero nonecesariamente circular, y esta relacionada con la presencia de materialesresiduales donde la resistencia al corte de los materiales aumenta con la pro-fundidad. Sin embargo, en las zonas de meteorizacion muy profunda y enlos rellenos de altura significativa, algunas superficies de falla se asemejana cırculos.

En la mayorıa de los desplazamientos rotacionales se forma una superficie concavaen forma de cuchara (Figura 2.16). Los desplazamientos rotacionales generalmen-te tienen una relacin Dr/Lr entre 0.15 y 0.33 (Skempton y Hutchinson, 1969). En

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Figura 2.15: Deslizamiento rotacional tpico.

Figura 2.16: Desplazamiento de rotacion en una ladera.

la cabeza del movimiento, el desplazamiento aparentemente es semi-vertical y tie-ne muy poca rotacion. No obstante, se puede observar que la superficie original delterreno gira en la direccion de la corona del talud, aunque otros bloques giren en ladireccion opuesta. La formacion de los escarpes semi-verticales en los deslizamien-tos de rotacion facilita la ocurrencia de movimientos retrogresivos o progresivoshacia arriba. Dentro del deslizamiento ocurren otros desplazamientos curvos queforman escarpes secundarios y ocasionalmente, ocurren varios desplazamientossucesivos en su origen pero que conforman una zona de desplazamientos rotacio-nales independientes (Figura 2.17). Los casos mas conocidos de deslizamientos derotacion, se presentan en suelos arcillosos blandos con perfil profundo y en suelosresiduales con perfiles meteorizados de gran espesor (Figura 2.18). Tambien sepresentan con frecuencia en los terraplenes. Generalmente, la forma y localiza-cion de la superficie de falla esta influenciada por las discontinuidades y juntas oplanos de estratificacion.

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Figura 2.17: Deslizamientos sucesivos dentro de un movimiento general de rota-cion.

Figura 2.18: Desplazamiento rotacional en suelos residuales.

El efecto de estas discontinuidades debe tenerse muy en cuenta en el mo-mento que se haga el analisis de estabilidad. Las superficies de falla pueden sertangentes o secantes a esas zonas de debilidad (Figura 2.19).

2.3.6. Deslizamiento de Traslacion

En el desplazamiento de traslacion la masa se desliza hacia afuera o haciaabajo, a lo largo de una superficie mas o menos plana o ligeramente onduladay tiene muy poco o nada de movimiento de rotacion o volteo (Figura 2.20). Losmovimientos traslacionales generalmente, tienen una relacion Dr/Lr de menos de0.1. En muchos desplazamientos de traslacion, la masa se deforma y/o se rompey puede convertirse en flujo, especialmente en las zonas de pendiente fuerte.

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Figura 2.19: Efectos de la estructura en la formacion de los desplazamientos arotacion.

Influencia de la estructura sobre los deslizamientos de traslacion

Los movimientos de traslacion son comunmente controlados por superficiesdebiles tales como fallas, juntas, fracturas, planos de estratificacion, foliacion, slic-kensides o por el contacto entre la roca y los suelos blandos o coluviones (Figura2.21). A los movimientos sobre discontinuidades sencillas en roca, se les denomi-nan deslizamientos de bloque, los cuales conforman unidades coherentes o gruposde unidades coherentes. Cuando ocurren a lo largo de dos discontinuidades, se lesconocen como deslizamientos de cuna y cuando se presentan sobre varios nivelesde una familia de discontinuidades, se les puede denominar falla en escalera.

Deslizamientos de traslacion en suelos residuales.

En los suelos residuales las diferencias en la meteorizacion profundas pro-pician la presencia de los deslizamientos de traslacion. Las superficies de fallageneralmente coinciden con las zonas de cambio a la resistencia al cortante porefecto de la meteorizacion. Por ejemplo, en los suelos residuales de rocas ıgneasy metamorficas con perfiles de meteorizacion profundos, son comunes los desli-zamientos profundos sobre superficies de falla semi-planas. Los deslizamientos de

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Figura 2.20: Deslizamientos de traslacion en la vıa Tijuana - Ensenada (Mexico).

traslacion en suelos residuales, generalmente son rapidos y pueden terminar enflujos.

Diferencia entre los movimientos de rotacion y de traslacion.

En los movimientos de rotacion la relacion D/L es mayor de 0.15, mientrasen los de traslacion D/L es menor de 0.10. (Figura 2.22). En un movimiento derotacion, la masa trata de auto-estabilizarse, mientras en uno de traslacion, puedeprogresar indefinidamente a lo largo de la ladera hacia abajo. La diferencia masimportante entre los movimientos de rotacion y traslacion se relaciona con laaplicabilidad o no, de los diversos sistemas de estabilizacion. Algunos sistemas deestabilizacion no son efectivos en los deslizamientos de rotacion o de traslacion.

Mecanismos de falla tıpicos

Los mecanismos de falla tıpicos en movimientos en masa traslacionales sepresentan a continuacion.

1. Deslizamientos Traslacionales Superficiales Son deslizamientos de muypoco espesor (maximo 1.50 cm y promedio entre 50 y 70 cm), ocurridos enladeras de muy fuerte pendiente (inclinaciones mayores de 35 grados), cuan-do una capa muy delgada de cenizas volcanicas y eventualmente de suelosorganicos, se desliza sobre la roca inmediatamente subyacente (rocas ıgneasy metasedimentarias compactas e impermeables). Por esta razan, la super-ficie de falla es aproximadamente paralela a la superficie del terreno. Elmecanismo de falla puede describirse de la siguiente manera:

Lluvias intensas. Estos procesos de inestabilidad, se asocian con lluviasaisladas de duracion e intensidad importantes.

Infiltracion rapida del agua, a traves de las capas de cenizas volcanicas,como se dijo muy permeables.

Disminucion de la cohesion efectiva de estos materiales, por reduccionde la succion y por perdida del cementante (reduccion o anulacion de

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Figura 2.21: Ejemplos de desplazamiento de traslacion.

la cohesion aparente). Paralelamente, se presenta un aumento de lapresion de poros en exceso de la hidrostatica, por la reduccion de lapermeabilidad con la profundidad (contacto cenizas / roca).

Falla del talud

2. Deslizamientos traslacionales profundos Son, igualmente, deslizamien-

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Figura 2.22: Relaciones D/L para deslizamientos de traslacion y rotacion (Abram-son y otros, 2002).

tos de traslacion (desplazamiento relativo de unos estratos sobre otros), perode mayor espesor (espesores de la franja fallada mayores de 5 m y en al-gunos casos superiores a 10 y 15 m). La superficie de falla es recta en laszonas bajas y medias del deslizamiento, pero dada la gran profundidad delestrato deslizado, cerca de la corona, la superficie adquiere una forma maso menos circular. Nuevamente dicha superficie coincide con el contacto ce-nizas volcanicas - rocas ıgneas y metasedimentarias, pero el mecanismo defalla es completamente diferente y puede explicarse de la siguiente forma:

Lluvias acumuladas de magnitud importante. A diferencia de los desli-zamientos de traslacion superficial, este tipo de deslizamientos se aso-cian mas con lluvias precedentes acumuladas (25 o 30 dıas), que conlas lluvias aisladas del dıa.

Infiltracion rapida del agua a traves de las cenizas volcanicas superfi-ciales.

Concentracion desfavorable de las aguas subsuperficiales, generada porla forma de la ladera. Las aguas subsuperficiales se concentran en laparte central de laderas concavas (en planta y perfil) y se acumulanen las zonas bajas de dichas microcuencas, donde comunmente existeun estrechamiento. La acumulacion indicada favorece el desarrollo deniveles de agua colgados.

Las presiones hidrostaticas generadas alcanzan posiciones crıticas yproducen la falla del talud.

La alta saturacion de la masa fallada derivada de la existencia de nivelescolgados en el suelo y la ocurrencia de los eventos en zonas cercanas a cauces

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permanentes o intermitentes, determinan que estos procesos de inestabilidadse conviertan rapidamente en flujos de tierra y lodos, incrementando supoder destructivo. Definitivamente desde la optica de la reduccion del riesgo,esto es, de la reduccion de las perdidas y danos que pueden generar eventosnaturales son este tipo de procesos los que deben prevenirse y controlarsecon mayor efectividad.

3. Deslizamientos traslacionales por socavacion Son deslizamientos ge-nerados por la accion erosiva de las corrientes del lugar, las cuales actuansobre la base de taludes constituidos por suelos altamente erodables (colu-viones, cenizas volcanicas, terrazas aluviales). Dentro de este tipo de pro-cesos de inestabilidad, pueden diferenciarse deslizamientos generados porsocavacion lateral, como por ejemplo los localizados en el Sector de Malte-ria donde las crecientes y los flujos de tierra y lodos que han transitado porla Quebrada Manizales, han generado la sedimentacion excesiva del cauce(cuando baja la energıa de la creciente), produciendo la divagacion late-ral del flujo. Tambien se identifican deslizamientos asociados a procesos desocavacion de fondo, cuando por efecto de las grande velocidades del flujo(fuertes pendientes longitudinales) y la poca resistencia a la erosion de lossuelos (cenizas volcanicas arenosas), se produce un lavado de la base o lapata del talud y su falla consecuente.

4. Deslizamientos traslacionales en rellenos Tienen espesores entre 0.5m y 3 m y se asocian con lluvias aisladas, de gran intensidad y duracion. Lasuperficie de falla coincide con el contacto entre una franja saturada y unafranja parcialmente saturada (en un mismo tipo de suelo). En este orden deideas, la precipitacion se infiltra a traves de los estratos de relleno permea-bles, produciendose un decremento o incluso una anulacion de la cohesionefectiva en una capa del relleno, parametro que en este caso depende exclu-sivamente de los esfuerzos de tension capilar derivados de una condicion desaturacion parcial (es claro, que el proceso corte y depositacion, ha destrui-do completamente la cohesion real del suelo y la historia de esfuerzos en elmismo).

2.3.7. Extension lateral

Se denomina extension o esparcimiento lateral a los movimientos con com-ponentes, principalmente laterales, en taludes de baja pendiente. En los espar-cimientos laterales el modo del movimiento dominante, es la extension lateralacomodada por fracturas de corte y tension (sobre roca o sobre suelos plasticos).Las extensiones laterales ocurren comunmente en las masas de roca, sobre suelos

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plasticos o finos, tales como arcillas y limos sensitivos que pierden gran parte desu resistencia al remoldearse.

Los esparcimientos laterales son muy comunes en los sedimentos glaciales ymarinos, pero no lo son en las zonas de suelos tropicales residuales. El mecanismode falla de una extension lateral puede incluir ademas, elementos de rotacion,traslacion, o de flujo sobre materiales plasticos (Figura 2.23). Generalmente, losmovimientos son complejos y difıciles de caracterizar. La rata de movimiento esextremadamente lenta. La falla es progresiva, o sea, que se inicia en un area localrelativamente pequena y progresa rapidamente a areas mayores.

Tipos de Extension Lateral

Se debe distinguir entre dos tipos de esparcimiento lateral ası:

Movimientos distribuidos en una extension, pero sin una superficie basalbien definida de corte o de flujo plastico. Esto ocurre predominantementeen las rocas, especialmente en las crestas de serranıas. La mecanica de estemovimiento no es muy bien conocida.

Movimientos que envuelven fracturas y extension de roca o suelo, debido alicuacion o flujo plastico del material subyacente.

Las capas superiores pueden hundirse, trasladarse, rotarse, desintegrarse opueden licuarse y fluir.

Figura 2.23: Esquema de una extension lateral.

2.3.8. Hundimientos

Los hundimientos son movimientos generalmente verticales de masas desuelo, en las cuales ocurre una disminucion del volumen general del terreno. Losprocesos de hundimiento de gran magnitud se clasifican como parte de los mo-vimientos en masa o deslizamientos, aunque para su ocurrencia, la presencia deun talud no es necesariamente un pre-requisito. Pueden ser de gran magnitud orelativamente pequenos. Los hundimientos obedecen a diferentes causas naturales.

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Hundimientos por deformacion geologica (Sagging)

Los hundimientos por deformacion geologica conocidos en la nomenclaturainternacional como sagging (Hutchinson, 1988), consisten en deformaciones pro-fundas, en gran escala, bajo la influencia de la gravedad. Se presentan en macizosde roca aparentemente competente donde han ocurrido procesos internos de cam-bio de esfuerzos. En la figura 2.24 se muestran los principales tipos de sagging.

Figura 2.24: Tipos de sagging o hundimientos por deformacion geologica.

Depresion por Subsidencia (Formacion de cavernas y sinkholes)

La subsidencia consiste en el hundimiento generalizado del terreno. Losmovimientos masivos de subsidencia se dan desde muy lentos a rapidos y puedenestar relacionados con diversas causas naturales entre las cuales se encuentranlas formaciones solubles o karsticas y la explotacion de aguas subterraneas. Las

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calizas y dolomitas son rocas carbonatadas, solubles y muy susceptibles a ladescomposicion quımica. La meteorizacion quımica produce vacıos o cavernasdentro de la formacion rocosa, que pueden ser de gran tamano. El hundimiento ocolapso del techo de estas cavernas produce deslizamientos por hundimiento. Elresultado puede ser la generacion de una dolina o sinkhole.

Hundimientos y desplazamientos confinados por cambio de presionesde poros.

Con relativa frecuencia ocurren hundimientos y desplazamientos dentro delterreno, en condiciones confinadas o semi-confinadas, sin que se presenten super-ficies de falla completas como se indica en la figura 2.25. Estos desplazamientosobedecen a deformaciones o reacomodo interno de las partıculas al aumentar lapresion de poros o disminuir las tensiones negativas.

Figura 2.25: Hundimientos confinados.

En este tipo de movimiento del terreno se presentan agrietamientos, hun-dimientos y levantamientos del terreno. El caso mas comun es el de los rellenosdetras de los muros de contencion.

Hundimiento de terraplenes

Existe una tendencia de los terraplenes a experimentar cambios de volu-men y asentamiento o hundimiento. Generalmente, estos movimientos del talud

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estan relacionados con deficiencias en el proceso de compactacion, la falta deconfinamiento lateral, o el asentamiento co-sısmico. El hundimiento puede ser unasentamiento general del suelo de cimentacion por debajo del terraplen. Con fre-cuencia, los hundimientos de terraplenes generan agrietamientos longitudinales,los cuales eventualmente pueden inducir deslizamientos de los taludes laterales.Si el terraplen se encuentra sobre suelos licuables se puede producir su colapsoen un sismo de gran magnitud.

2.3.9. Flujos

En un flujo ocurren movimientos relativos de las partıculas, o bloquespequenos, dentro de una masa que se mueve o desliza sobre una superficie. Lasdeformaciones relativas internas son muy grandes y fluyen en forma similar a unlıquido viscoso. El flujo puede ser laminar a turbulento. Al aumentar la densidady la viscosidad, el flujo puede transportar grandes bloques hacia la parte superior.

Activacion de los Flujos

La ocurrencia de flujos puede estar relacionada con los siguientes factores:

Las lluvias La saturacion de los materiales subsuperficiales puede convertirel suelo en un fluido viscoso. Algunos suelos como los materiales volcanicos,absorben agua muy facilmente cuando son alterados, fracturados o agrie-tados por un deslizamiento inicial y esta saturacion puede conducir a laformacin de un flujo. Para que ocurra un flujo se puede requerir un determi-nado volumen de agua presente. Se han realizado estudios para cuantificarel nivel de lluvias que se requieren para producir flujos y es frecuente laocurrencia de flujos (simultaneamente en sitios diferentes) dentro de unamisma formacion en el momento de una lluvia de gran intensidad o de unevento sısmico.

El deshielo de nevados El deshielo de los nevados puede activar flujos demateriales volcanicos, conocidos con el nombre de Lahares.

Los sismos Los eventos sısmicos pueden generar un desprendimiento gene-ralizado de bloques de roca que podrıan terminar en un flujo. Igualmente,la licuacion de los suelos puede terminar en flujos de suelo o lodo.

La alteracion de suelos sensitivos Algunos flujos resultan de la altera-cion de suelos muy sensitivos, tales como los sedimentos no consolidados.Las arcillas de origen marino son generalmente muy sensitivas o rapidas.El lavado de la sal, facilita el colapso de la estructura de la arcilla y laformacion de flujos, por la infiltracin de agua.

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Los deslizamientos en zonas de alta pendiente Al presentarse undeslizamiento de traslacion o de rotacion en una ladera de alta pendiente,existe la tendencia a la formacion de un flujo al adquirir velocidad las masasde suelo desprendidas. Con frecuencia se unen varios deslizamientos paraconformar un flujo de gran magnitud.

La Velocidad de los Flujos

Los flujos pueden ser lentos o rapidos (Figura 2.26), ası como secos ohumedos y los hay de roca, de residuos o de suelo o tierra. Los flujos muy lentos(o extremadamente lentos) se asimilan en ocasiones, a los fenomenos de reptacion.En los flujos existe una superficie facilmente identificable de separacion entre elmaterial que se mueve y el subyacente, mientras en la reptacion, la velocidad delmovimiento disminuye al profundizar en el perfil, sin que exista una superficiedefinida de rotura.

Figura 2.26: Velocidad de los Flujos.

Tipos de Flujos

Los flujos se clasifican de acuerdo con las caracterısticas del material des-lizado.

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Flujos de bloques de roca Los flujos de bloques de roca estan compues-tos por bloques y cantos de roca, con o sin presencia de materiales finos.Las pendientes de estos taludes comnmente son muy empinadas (mas de45 ◦). Inicialmente, se presentan como caıdos o deslizamientos y rapidamen-te evolucionan y se transforman a flujos o avalanchas. La pendiente de losflujos es generalmente superior a 20 % y es comun que haya pendientesde mas de 100 %. Su presencia es comun tanto en las rocas ıgneas y me-tamorficas muy fracturadas, como en las rocas sedimentarias con angulosfuertes de buzamiento de los planos de estratificacion. En las rocas ıgneaso metamorficas, los flujos pueden estar precedidos por fenomenos de incli-nacion y en las rocas metamorficas por desplazamientos de traslacion a lolargo de los planos de estratificacion. Los flujos de roca de mayor magnitud,generalmente se presentan en las rocas sedimentarias (Geertsema y otros,2006). Para la formacion de grandes flujos de bloques de roca, se necesitaque haya planos importantes de debilidad en el macizo rocoso, tales comointercalaciones de areniscas y lutitas y fallas geologicas cercanas, con afe-rencias importantes de roca fracturada, para lo cual se requieren alturasimportantes y pendientes grandes de la superficie del talud. A mayor alturay/o pendiente, la velocidad de los flujos de roca es mayor. El tamano delos bloques depende de los patrones de fracturacion del macizo de roca. Seobserva la relacion de los flujos en roca con perfiles de meteorizacion pocoprofundos en los cuales las fallas estan generalmente relacionadas con cam-bios de esfuerzos y lixiviacion, ocasionados por la filtracion momentaneadel agua en las primeras horas despues de una lluvia fuerte. Los flujos debloques de roca ocurren con mucha frecuencia en las zonas tropicales dealta montana y poca vegetacion, como en la cordillera de los Andes. Estosflujos tienden a ser ligeramente humedos y su velocidad va de rapida a muyrapida. La distribucion de velocidades simula la de los lıquidos viscosos.

Flujos de residuos (Detritos) Los flujos de residuos o de detritos sonmovimientos relativamente rapidos que llegan a ser extremadamente rapi-dos y estan compuestos de materiales gruesos con menos del 50 % de finos.Por lo general, un flujo de rocas termina en uno de residuos (Figura 2.27).Los materiales se van triturando por el mismo proceso del flujo y se ob-serva una diferencia importante de tamanos entre la cabeza y el pie delmovimiento. Generalmente, los flujos de escombros o de detritos, contienenpartıculas de diferentes tamanos, arboles y material vegetal, ası como diver-sos objetos arrastrados por el flujo. El movimiento de los flujos de detritosse activa con las lluvias, debido a la perdida de resistencia por la dismi-nucion de la succion al saturarse el material o por el desarrollo de fuerzasdebidas al movimiento del agua subterranea (Collins y Znidarcic, 1997).

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Figura 2.27: Flujo de bloques de roca y residuos en la excavacion de un taludpara la construccion de una vıa.

Los danos causados por los flujos de detritos abarcan areas relativamentegrandes (Figura 2.28). El flujo tıpico de detritos es una honda larga de ma-teriales solidos y lıquidos entremezclados, que corre, en forma constante, atraves de un canal con algunas ondas menores superpuestas que se mue-ven a velocidades superiores a aquellas del flujo mismo. Los movimientos seinician a velocidades moderadas y aumentan a medida que descienden porla ladera o cauce. Al aumentar la velocidad, va arrastrando materiales yobjetos de diferentes tamanos. Cuando el canal es mas pequeno que el flujo,se forman ondas horizontales o depositos laterales a los lados del canal.

Figura 2.28: Flujo de detritos o residuos.

Flujo de suelo o tierra Los flujos de tierra son movimientos de materiales

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con mas del 50 % de finos y su consistencia es lıquida. Se inician comunmentecomo desplazamientos de rotacion o traslacion y al acumularse los suelossueltos abajo del pie del deslizamiento, estos fluyen sobre la ladera. Los flujosde tierra son rapidos o lentos, de acuerdo con la humedad y la pendientede la zona de ocurrencia. En las zonas de alta montana y en las deserticas,se presentan flujos muy secos, por lo general pequenos pero de velocidadesaltas.

2.3.10. Flujos de Lodo

En los flujos de lodo se habla de viscosidad propiamente dicha, llegandoal punto de hablar de suelos suspendidos en agua. Los flujos de lodo alcanzanvelocidades muy altas y poseen grandes fuerzas destructoras, las cuales dependende su caudal y velocidad. Un flujo de lodo posee tres unidades morfologicas:

1. Un origen que generalmente es un deslizamiento

2. Un camino o canal de flujo

3. Una zona de acumulacion.

El origen consiste en una serie de escarpes de falla o desplazamientos de rotaciono traslacion; el camino o canal es un area estrecha, recta o una serie de canalesa traves de los cuales fluye el material viscoso. La anchura, profundidad y pen-diente del camino del flujo, varıa de acuerdo con las condiciones topograficas ymorfologicas. La zona de acumulacion es un area de menor pendiente en la cualel flujo pierde velocidad y forma un abanico de deposito. (Figura 2.29).

Figura 2.29: Formacion de grandes flujos de lodo (Geertsema, 2006).

Densidad del flujo La densidad del flujo se mide mediante el porcentaje enpeso, de los sedimentos en relacion con el agua (Figura 2.30). Por ejemplo,30 % de sedimentos equivalen al 30 % del peso total del agua correspondiente

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a los sedimentos. Si el porcentaje del peso en los sedimentos es mayor del80 %, se produce flujo de detritos o de lodos. Si el porcentaje es menos del80 % pero mayor del 40 %, se produce flujo hiper-concentrado de sedimentos.Si el porcentaje es menor del 25 %, se produce flujo de agua. Igualmente, sedebe tener en cuenta el peso unitario total de la mezcla: si el peso unitarioes mas de 2.0 KN/m3, el flujo corresponde al de una pasta granular y sies menor de 2.0, corresponde a un comportamiento mas viscoso y fluido(Hutchinson, 1988).

Figura 2.30: Grafico para determinar el tipo de flujo de acuerdo con la concen-tracion de los sedimentos y del contenido de agua (Hutchinson, 1988).

2.3.11. Avalancha

Cuando los flujos alcanzan grandes velocidades se clasifican como avalan-chas. En las avalanchas el flujo desciende formando una especie de rıos de roca,suelo y residuos diversos (Figura 2.31). Estos flujos comunmente se relacionancon las lluvias ocasionales de ındices pluviometricos excepcionalmente altos, eldeshielo de los nevados o los movimientos sısmicos en zonas de alta montanay la ausencia de vegetacion. Esto ultimo, aunque es un factor influyente, no esun pre-requisito para que ocurran. Las avalanchas son generadas a partir de un

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Figura 2.31: Avalanchas por deslizamientos generalizados.

gran aporte de materiales de uno o varios deslizamientos o flujos, combinadoscon un volumen importante de agua. Estas forman una masa de comportamientolıquido viscoso que logra velocidades muy altas (con gran poder destructivo) yque corresponden generalmente, a fenomenos regionales dentro de una cuenca dedrenaje. Las avalanchas pueden alcanzar velocidades de mas de 50 m/s en algu-nos casos. El movimiento de las avalanchas se define como un flujo turbulento degranos. Este mecanismo no requiere de la presencia de una fase lıquida o gaseo-sa y el movimiento se produce por transferencia de momentum al colisionar laspartıculas o bloques que se mueven. Los conos volcanicos son muy susceptibles alas avalanchas.

Lahares

Los lahares constituyen un tipo especial de avalancha o flujo de detritos,generados por el deshielo rapido de areas de nevados, con erupciones volcanicas.El flujo de agua arrastra lodo, ceniza volcanica y detritos formando avalanchas degran magnitud y alta velocidad. Un ejemplo de lahar fue la avalancha de Armeroen Colombia, la cual sepulto un pueblo completo y murieron 23.000 personas. Ellahar fue aumentando de tamano y velocidad a medida que se desplazaba por elcauce de un rıo de alta pendiente. Al pasar un intervalo de tiempo y secarse, eldeposito del lahar se endurecio.

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2.3.12. Movimientos Complejos

Con mucha frecuencia los movimientos de un talud incluyen una combina-cion de dos o mas tipos de desplazamiento descritos anteriormente. A este tipo dedeslizamiento que involucra varios tipos de movimientos, se le denomina Comple-jo. Adicionalmente, un tipo de proceso activo puede convertirse en otro, a medidaque progresa el fenomeno de desintegracion; es ası como una inclinacion puedeterminar en un caıdo o en un deslizamiento en flujo.

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Capıtulo 3

Estabilidad de Taludes

La modelacion matematica de los taludes es parte de la practica de la in-genierıa geotecnica, con el objeto de analizar las condiciones de estabilidad de lostaludes naturales y la seguridad y funcionalidad del diseno en los taludes artifi-ciales (Figura 3.1). Existe una gran cantidad de metodologıas para la modelacionmatematica, la cual depende del objetivo del analisis y de los resultados que sedeseen obtener. Los objetivos principales del analisis matematico de los taludesson los siguientes:

Determinar las condiciones de estabilidad del talud (si es estable o inestabley el margen de estabilidad).

Investigar los mecanismos potenciales de falla (analizar como ocurre la fa-lla).

Determinar la sensitividad o susceptibilidad de los taludes a diferentes me-canismos de activacion (Efecto de las lluvias, sismos, etc.)

Comparar la efectividad de las diferentes opciones de remediacion o estabi-lizacion y su efecto sobre la estabilidad del talud.

Disenar los taludes optimos en termino de seguridad, confiabilidad y eco-nomıa.

3.1. Herramientas Disponibles

Para el analisis de estabilidad de taludes se dispone de varias herramientastales como.

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Figura 3.1: Ejemplo de un analisis de estabilidad de taludes (U. S. Corps ofEngineeers, 2003).

Tablas o abacos

Se han elaborado tablas y abacos para calcular en forma rapida y sencilla,los factores de seguridad para una variedad de condiciones.

Analisis graficos

Historicamente, se han utilizado procedimientos graficos o de polıgonos defuerzas para calcular las condiciones de estabilidad de los taludes. Estos sistemasgraficos son poco usados actualmente.

Calculos manuales

La mayorıa de metodos de analisis se desarrollaron para calculos matemati-cos manuales o con calculadora, de acuerdo con formulas simplificadas.

Hojas de calculo

Algunos autores han desarrollado hojas de calculo, las cuales pueden uti-lizarse para el analisis de taludes sencillos o con bajo nivel de complejidad.

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Uso de Software

La tecnica de analisis que se escoja depende de las caracterısticas de lossitios y del modo potencial de falla; dando especial consideracion a las fortalezas,las debilidades y las limitaciones de cada metodologıa de analisis. Hasta el ano1975, la mayorıa de los analisis de estabilidad se realizaban en forma grafica outilizando calculadoras manuales. Con la llegada del computador los analisis sepudieron realizar en forma mas detallada; inicialmente utilizando tarjetas FOR-TRAN y recientemente con programas de software, los cuales cada dıa son maspoderosos.

Teniendo en cuenta la gran cantidad de aplicaciones numericas disponiblesen la actualidad, es esencial que el ingeniero entienda las fortalezas y limitacio-nes inherentes a cada metodologıa. Existen una gran cantidad de herramientasinformaticas para el analisis de estabilidad de taludes. Dentro de estas herra-mientas, los metodos de equilibrio lımite son los mas utilizados; sin embargo, losmetodos esfuerzo - deformacion utilizando elementos finitos, han adquirido granimportancia y uso en los ultimos anos. La mayorıa de los analisis de estabili-dad se realizan utilizando programas comerciales de software, los cuales permitenanalizar taludes complejos o con cantidad significativa de informacion, de formaeficiente. Se recomienda en lo posible, utilizar siempre programas de computador.

El programa el cual se usara en este trabajo como pilar fundamental decalculo es el Slide 5.0, que se describira brevemente a continuacion.

3.2. Software de Estabilidad de taludes Slide

5.0 de ROCSCIENCE

Slide 5.0 es el mas exhaustivo software de estabilidad de taludes disponible,con analisis de filtracion de aguas subterraneas por el metodo de elementos finitos,reduccion rapida, analisis probabilıstico y de sensibilidad, ademas de apoyo dediseno. Todo tipo de pendientes de tierra y roca, terraplenes, presas de tierra ymuros de contencion pueden ser analizados. Capacidad de importar poligonos deAUTOCAD le permite crear y editar modelos complejos con gran facilidad.

Slide 5.0 es el software de estabilidad de taludes que solo tiene una funcionde analisis de elementos finitos y es la filtracion de aguas subterraneas para elestado de equilibrio o de transicion. Caudales, presiones y gradientes se calculansobre la base de condiciones de lımite hidraulico definidas por el usuario. Elanalisis de la filtracion esta totalmente integrado con el analisis de estabilidad detaludes o se puede utilizar como un modulo independiente.

Slide 5.0 cuenta con amplias posibilidades de analisis probabilıstico - puedeasignar distribuciones estadısticas a casi todos los parametros de entrada, inclu-

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Figura 3.2: Ejemplo de un analisis de estabilidad de taludes Slide 5.0.

yendo propiedades de los materiales, las propiedades de apoyo, las cargas, y laubicacion de nivel de aguas freaticas NAF. El calculo de la probabilidad de fallao ındice de fiabilidad, proporciona una medida objetiva de los riesgos de fracasoasociados a un talud. El analisis de sensibilidad permite determinar el efecto delas variables individuales en el factor de seguridad de la ladera.

Slide ofrece nada menos que 17 modelos diferentes de la resistencia delmaterial de roca y suelo, en particular de Mohr-Coulomb, anisotropico y genera-lizado de Hoek-Brown. Tipos de apoyo incluyen retenido, extremo anclado, micropila y geotextil. El analisis de nuevo le permite determinar la fuerza de apoyonecesario para un factor de seguridad determinado. Los avanzados algoritmos debusqueda de simplificar la tarea de encontrar la superficie de deslizamiento crıticocon el menor factor de seguridad.

Slide ofrece todos los metodos de corte vertical de equilibrio lımite para elanalisis de estabilidad de taludes que son estandar en la industria, tales como:

Bishop Simplificado

Janbu Simplificado

Janbu Corregido

Spencer

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Fellenius, entre otros

Otras y muchas caracterısticas mas son explicadas en detalle en la paginaoficial de ROCSCIENCE, http://www.rockscience.com/products/8.

3.3. Metodologıas para el Analisis de la Estabi-

lidad

Dentro de las metodologıas disponibles, se encuentran los metodos de lımi-te de equilibrio, los metodos numericos y los metodos dinamicos para el analisisde caıdos de roca y flujos, entre otros. Los metodos numericos son la tecnica quemuestra la mejor aproximacion al detalle, de las condiciones de estabilidad en lamayorıa de los casos de evaluacion de estabilidad de taludes. Sin embargo, losmetodos de lımite de equilibrio, son mas sencillos de utilizar y permiten analizarlos casos de falla traslacional y de falla rotacional, ası como las fallas de inclinacion(Toppling) y las fallas en cuna. Igualmente, los metodos de lımite de equilibriopermiten el analisis combinado con tecnicas probabilısticas (Stead y otros, 2000).En el caso de los sistemas de falla complejos, es conveniente utilizar metodologıasde modelacion que tengan en cuenta los factores que producen los movimientos.Los factores que generan el deslizamiento pueden ser complejos y muy difıcilesde modelar; no obstante, con el objeto de analizar esas situaciones complejas,existen algunas herramientas utilizando elementos finitos, diferencias finitas, ele-mentos discretos y modelos dinamicos. Igualmente, se pueden integrar al analisismodelaciones de hidrogeologıa y las solicitaciones sısmicas. En la tabla 3.1 sepresenta un resumen de las metodologıas utilizadas en los analisis convencionalesde estabilidad de taludes.

3.3.1. Caracterısticas del analisis de lımite de equlibrio

Un analisis de lımite de equilibrio permite obtener un factor de seguridad oa traves de un analisis regresivo, obtener los valores de la resistencia al cortante enel momento de la falla. Una vez se han determinado las propiedades de resistenciaal cortante de los suelos, las presiones de poros y otras propiedades del suelo y deltalud, se puede proceder a calcular el factor de seguridad del talud. Este analisisde estabilidad consiste en determinar si existe suficiente resistencia en los suelosdel talud para soportar los esfuerzos de cortante que tienden a causar la falla odeslizamiento.

La mayorıa de los metodos de lımite de equilibrio tienen en comun, la com-paracion de las fuerzas o momentos resistentes y actuantes sobre una determinadasuperficie de falla. Las variaciones principales de los diversos metodos son, el tipo

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Metodo ParametrosUtilizados

Ventajas Limitaciones

Lımite deequilibrio

Topografıa del talud,estratigrafıa, angulode friccion, cohesion,peso unitario, nivelesfreaticos y cargas ex-ternas.

Existe una gran cantidad depaquetes de software. Se ob-tiene un numero de factor deseguridad. Analiza superficiescurvas, rectas, cunas, inclina-ciones, etc. Analisis en dos ytres dimensiones con muchosmateriales, refuerzos y condi-ciones de nivel de agua.

Genera un numero unico defactor de seguridad sin tener encuenta el mecanismo de inesta-bilidad. El resultado difiere deacuerdo con el metodo que seutilice. No incluye analisis delas deformaciones.

Esfuerzo-deformacioncontinuos

Geometrıa del talud,propiedades de losmateriales, propieda-des elasticas, elasto-plasticas y de Creep.Niveles freaticos, re-sistencia.

Permite simular procesos dedeformacion. Permite determi-nar la deformacin del talud yel proceso de falla. Existen pro-gramas para trabajar en dos ytres dimensiones. Se puede in-cluir analisis dinmico y analisisde Creep.

Es complejo y no lineal.Comunmente no se tiene cono-cimiento de los valores realesa utilizar en la modelacion.Se presentan varios grados delibertad. No permite modelarroca muy fracturada.

DiscontinuosEsfuerzo-deformacionelementosdiscretos

Geometrıa del talud,propiedades del ma-terial, rigidez, discon-tinuidades resistenciay niveles freaticos.

Permite analizar la deforma-cion y el movimiento relativode bloques.

Existe poca informacion dispo-nible sobre las propiedades delas juntas. Se presentan pro-blemas de escala, especialmen-te en los taludes en roca.

Cinematicosestereografi-cos parataludes enroca

Geometrıa y carac-terısticas de las dis-continuidades. Resis-tencia a las disconti-nuidades.

Es relativamente facil de uti-lizar. Permite la identificaciony analisis de bloques crıticos,utilizando teorıa de bloques.Pueden combinarse con tecni-cas estadısticas.

Utiles para el diseno pre-liminar. Se requiere criteriode ingenierıa para determinarcuales son las discontinuidadescrıticas. Evalua las juntas.

Dinamica decaıdos de ro-ca

Geometrıa del talud,tamano y forma delos bloques y coefi-ciente de restitucion.

Permite analizar la dinamicade los bloques y existen progra-mas en dos y tres dimensiones.

Existe muy poca experienciade su uso en los paıses tropi-cales.

Dinamica deflujos

Relieve del terreno.Concentracion de se-dimentos, viscosidady propiedades de lamezcla suelo-agua.

Se puede predecir el compor-tamiento, velocidades, distan-cia de recorrido y sedimenta-cion de los flujos.

Se requiere calibrar los mode-los para los materiales de cadaregion. Los resultados varıande acuerdo con el modelo utili-zado.

Cuadro 3.1: Metodologıas utilizadas en los analisis convencionales de estabilidadde taludes.

42

de superficie de falla y la forma como actuan internamente las fuerzas sobre lasuperficie de falla.

Concepto de Factor de Seguridad F. S. El factor de seguridad es empleadopor los ingenieros para conocer cual es el factor de amenaza para que el taludfalle en las peores condiciones de comportamiento para el cual se disena.Fellenius (1922) presento el factor de seguridad como la relacion entre laresistencia al corte real, calculada del material en el talud y los esfuerzosde corte crıticos que tratan de producir la falla, a lo largo de una superficiesupuesta de posible falla:

F.S. =Resistenciaalcortantedisponible

Esfuerzoalcortanteactuante(3.1)

En las superficies circulares donde existe un centro de giro y momentosresistentes y actuantes:

F.S. =Momentoresistentedisponible

Momentoactuante(3.2)

Existen ademas, otros sistemas para plantear el factor de seguridad, talescomo la relacion de altura crıtica y altura real del talud, metodos proba-bilısticos, ası como tablas empıricas locales basadas en el comportamientotıpico de los taludes. La mayorıa de los sistemas de analisis asumen uncriterio de lımite de equilibrio donde el criterio de falla de Coulomb es satis-fecho a lo largo de una determinada superficie. Se estudia un cuerpo libre enequilibrio, partiendo de las fuerzas actuantes y de las fuerzas resistentes quese requieren para producir el equilibrio. Calculada esta fuerza resistente, secompara con la disponible del suelo o roca y se obtiene una indicacion delfactor de seguridad.

Otro criterio es dividir la masa que se va a estudiar en una serie de tajadas,dovelas o bloques y considerar el equilibrio de cada tajada por separado.Una vez realizado el analisis de cada tajada se analizan las condiciones deequilibrio de la sumatoria de fuerzas o de momentos.

F.S. =

∑Resistenciaalcortantedisponible∑Esfuerzoalcortanteactuante

(3.3)

F.S. =

∑Momentoresistentedisponible∑

Momentoactuante(3.4)

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Concepto de Superficie de Falla El termino superficie de falla se utiliza parareferirse a una superficie asumida a lo largo de la cual puede ocurrir el desli-zamiento o la rotura del talud (Figura 3.3); sin embargo, este deslizamientoo rotura no ocurre a lo largo de esas superficies si el talud es disenado ade-cuadamente. En los metodos de lımite de equilibrio el factor de seguridadse asume que es igual para todos los puntos a lo largo de la superficie defalla; por lo tanto, este valor representa un promedio del valor total en todala superficie. Si la falla ocurre, los esfuerzos de cortante seran iguales entodos los puntos a todo lo largo de la superficie de falla.

Figura 3.3: Superficie de falla y direccion de la resistencia al cortante (U.S. Corpof Engineers, 2003).

Generalmente, se asume un gran numero de superficies de falla para en-contrar la superficie de falla con el valor mınimo de factor de seguridad,la cual se denomina superficie crıtica de falla. Esta superficie crıtica de fa-lla es la superficie mas probable para que se produzca el deslizamiento; noobstante, pueden existir otras superficies de falla con factores de seguridadligeramente mayores, los cuales tambien se requiere tener en cuenta para elanalisis.

Formas de la superficie de falla Las tecnicas de lımite de equilibrio seutilizan cuando las fallas corresponden a los deslizamientos de traslacion ode rotacion sobre superficies de falla determinadas (Figura 3.4). Se puedenestudiar superficies planas, circulares, logarıtmicas, parabolicas y combina-ciones de estas. En los ultimos anos, se han desarrollado algunos modelosde superficies de falla con forma no geometrica.

Analisis de superficies planas Cuando existen discontinuidades planasen la roca o en el suelo del talud, se acostumbra realizar el analisis de fallaa traslacion. Esta tecnica asume el deslizamiento traslacional de un cuerporıgido a lo largo de un plano o a lo largo de la interseccion de dos planos,como el caso de la falla en cuna.

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Figura 3.4: Formas de la superficie de falla (U. S. Corps of Engineeers, 2003).

Analisis de superficies curvas En los suelos o rocas blandas, las super-ficies de falla a deslizamiento, tienden a tener una superficie curva. A estassuperficies se les conoce como cırculos de falla o superficies de falla rota-cionales. En los analisis de estabilidad, se debe determinar la localizacionde la superficie crıtica de falla y el factor de seguridad a lo largo de estasuperficie.

Las grietas de tension La existencia de grietas de tension aumenta latendencia de un suelo a fallar (Figura 3.5); la longitud de la superficie defalla a lo largo de la cual se genera resistencia, es reducida y adicionalmen-te, la grieta puede llenarse con agua. En el caso de las lluvias, se puedengenerar presiones de poros transitorias que afectan la estabilidad del talud.La profundidad de las grietas de tension puede determinarse de acuerdo conla siguiente expresion:

Zc =2c

γtan2(45 +

1

2φ) (3.5)

Donde:Zc = Profundidad de la grieta de tensionc = Cohesionγ = Peso unitario del sueloφ = Angulo de friccion

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Figura 3.5: Esquema de una grieta de tension para analisis de lımite de equilibrio(U.S. Corp of Engineers, 2003).

La presencia de grietas de tension dificulta, en forma considerable, la con-fiabilidad de los analisis cuando no se tiene en cuenta este factor. Las grietas detension son muy importantes y profundas en los cortes de taludes donde existeun alivio de presiones de confinamiento al ejecutarse la excavacion.

3.3.2. Parametros Utilizados en los Analisis de Lımite deEquilibrio

Los modelos tienen en cuenta los factores primarios que afectan la estabili-dad. Estos factores incluyen geometrıa del talud, parametros geologicos, presenciade grietas de tension, cargas dinamicas por accion de los sismos, flujo de agua,propiedades de resistencia y peso unitario de los suelos, etc. Sin embargo, no to-dos los factores que afectan la estabilidad de un talud se pueden cuantificar paraincluirlos en un modelo matematico de lımite de equilibrio. Por lo tanto, hay si-tuaciones en las cuales un enfoque de lımite de equilibrio no produce resultadossatisfactorios.

Pesos unitarios El peso unitario es tal vez el parametro mas sencillo demedir para el analisis de estabilidad de los taludes, es el que influye menosen el factor de seguridad. Los pesos unitarios totales son pesos humedos porencima del nivel freatico y saturados por debajo de este nivel. En el casode que se utilicen pesos sumergidos, se debe ignorar la presencia de nivelfreatico. La densidad saturada se puede determinar asumiendo un valor degravedad especıfica G, el cual se puede suponer igual a 2.68 para la mayorıade los suelos (Cornforth, 2005).

Resistencia al cortante La resistencia al cortante que se va a utilizaren los analisis, puede ser medida por alguno de los metodos de laboratorioo de campo. Se debe tener en cuenta si se trata de condiciones drena-das o no drenadas o si el analisis es realizado en estado no-saturado. Los

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parametros deben corresponder a los niveles de esfuerzos sobre las superfi-cies de falla potenciales. En los casos en los cuales ya ha ocurrido la falla deltalud, se recomienda emplear las resistencias residuales (Skempton, 1970,1977,1985). Igualmente, debe tenerse en cuenta la disminucion de resisten-cia, con el tiempo. Para suelos que son completamente saturados, el angulode friccion para condiciones no drenadas, es igual a cero. La resistencia nodrenada para suelos saturados puede ser determinada a partir de los en-sayos no-consolidados no-drenados. Para los suelos parcialmente saturados,tales como arcillas compactadas o suelos arcillosos por encima del nivelfreatico, las resistencias no drenadas deben obtenerse a partir de ensayosno-consolidados, no-drenados en muestras con el mismo grado de saturacionque el suelo en el campo. La envolvente de falla para esos suelos general-mente, es curva y por lo tanto, es importante utilizar el mismo rango depresiones de confinamiento tanto en los ensayos de laboratorio como en losde campo.

Condiciones drenadas o no drenadas Las fallas de los taludes puedenocurrir en condiciones drenadas o no drenadas. Si la inestabilidad es causadapor los cambios en la carga, tal como la remocion de materiales de la partebaja del talud o aumento de las cargas en la parte superior (en suelos debaja permeabilidad) estos pueden no tener tiempo suficiente para drenardurante el tiempo en el cual ocurre el cambio de carga. En ese caso, se diceque las condiciones son no drenadas.

Generalmente, los suelos tienen permeabilidades suficientes para disipar laspresiones de poros en exceso y se comportan en condiciones drenadas. Paralas ratas normales de carga que equivalen a meses o semanas, se puedenconsiderar drenados suelos con permeabilidades mayores de 104 cm/seg. Encambio, los suelos con permeabilidades menores de 10-7 cm/seg, se conside-ran no drenados. Mientras, las permeabilidades intermedias se consideranparcialmente drenadas. Duncan (1996), recomienda que para los taludes enlos cuales la causa de la falla es el aumento de la presion de poros (de-bida a las lluvias), el problema debe analizarse como condicion drenada.Para determinar las condiciones de drenaje Duncan (1996) sugiere utilizarla siguiente expresion:

T =Cvt

D2(3.6)

Donde:T = Factor adimensionalCv = Coeficiente de consolidaciont = Tiempo de drenaje

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D = Longitud del camino de drenaje o distancia de salida del agua al cam-bio de presiones.

Si T es mayor de 3, la condicion es drenada.Si T es menor de 0.01, la condicion es no drenada.

Si T esta entre 0.01 y 3.0, ocurre drenaje parcial durante el tiempo decambio de cargas. En este caso, deben analizarse ambas condiciones, el casodrenado y el caso no drenado.

Esfuerzos totales y efectivos Los problemas de estabilidad de taludespueden analizarse suponiendo sistemas de esfuerzos totales o efectivos. Enprincipio, siempre es posible analizar la estabilidad de un talud utilizandoel metodo de presion efectiva, porque la resistencia del suelo es gobernadapor las presiones efectivas tanto en la condicion drenada, como en la con-dicion no drenada; sin embargo, en la practica es virtualmente imposibledeterminar con precision cuales son los excesos de presion de poros que sevan a generar por los cambios en las cargas (excavaciones, colocacion derellenos o cambios en el nivel de agua).

Debido a esto, no es posible desarrollar analisis precisos de estabilidad enestas condiciones, utilizando procedimientos de esfuerzos efectivos. No obs-tante, se puede trabajar todo el analisis usando presiones efectivas, sin quese requiera especificar los valores de los excesos de poros en las condicionesno drenadas. La mayorıa de los modelos de analisis trabajan con base enlas presiones efectivas.

Estabilidad a corto y a largo plazo En la estabilidad a corto plazodebe tenerse en cuenta que los suelos que no tienen un drenaje rapido,estan sujetos a presiones de poros por accion de las cargas aplicadas. Enla estabilidad a largo plazo, se supone que los suelos estan drenados. Parala estabilidad (a corto plazo) de las arcillas normalmente consolidadas yde limos, se recomienda modelar con analisis de esfuerzos totales. Aunquese puede realizar el analisis empleando esfuerzos efectivos, es muy difıcilestimar o medir las presiones de poros para su utilizacion en el analisis.Para las arcillas sobreconsolidadas, el analisis de estabilidad a corto plazo,practicamente es imposible de realizar, debido a que la resistencia del suelocambia muy rapidamente con el tiempo. En este caso, se recomienda utilizarla experiencia local en la formacion arcillosa especıfica analizada y usarcriterios empıricos (Cornforth, 2005). La estabilidad a largo plazo, es masfacil de analizar que la estabilidad a corto plazo. Para todos los casos, serecomienda emplear analisis de esfuerzos efectivos.

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3.4. Metodos de Lımite de Equilibrio

Durante muchos anos se ha realizado el analisis de los movimientos de lostaludes o laderas, haciendo uso de las tecnicas de lımite de equilibrio. Este sistemasupone que en el caso de una falla, las fuerzas actuantes y resistentes, son igualesa lo largo de la superficie de falla y equivalentes a un factor de seguridad de 1.0.El analisis se puede realizar estudiando directamente la totalidad de la longitudde la superficie de falla o dividiendo la masa deslizada en tajadas o dovelas. Cadadıa se han ido mejorando los sistemas de dovelas desarrollados por Petterson yFellenius (1936). Algunos metodos son precisos y otros, solamente aproximados(Figura 3.6).

Figura 3.6: Metodos de analisis de estabilidad de taludes.

Los metodos de Bishop (1955) y Janbu (1954) han sido muy utilizadosen los ultimos 50 anos y se han desarrollado metodos de analisis mas precisos ycomplejos como los de Morgenstern y Price (1965) y Spencer (1967), ayudadospor programas de software que permiten realizar analisis muy rigurosos. Gene-ralmente, los metodos son de iteracion y cada uno de estos posee un cierto gradode precision.

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Metodo Superficiesde Falla

Equilibrio Caracterısticas

Talud Infini-to

Rectas Fuerzas Bloque delgado con nivel fretico, falla paralelaa la superficie.

Bolques ocunas

Cunas contramosrectos

Fuerzas Cunas simples, dobles o triples, analizando lasfuerzas que actuan sobre cada cuna.

Espirallogarıtmica(Frohlich,1953)

Espirallogarıtmica

Fuerzas ymomentos

Superficie de falla en espiral logarıtmica. Elradio de la espiral varıa con el angulo de rota-cion.

Arco cir-cular,(Fellenius,1922)

Circulares Momentos Cırculo de falla, el cual es analizado como unsolo bloque. Se requiere que el suelo sea cohe-sivo (φ = 0).

Ordinario ode Fellenius(Fellenius1927)

Circulares Fuerzas No tiene en cuenta las fuerzas entre dovelas.

Bishopsimplificado(Bishop1955)

Circulares Momentos Asume que todas las fuerzas de cortante, entredovelas, son cero.

Janbu Sim-plificado(Janbu 1968)

Cualquierforma

Fuerzas Asume que no hay fuerza de cortante entredovelas.

Sueco Modi-ficado. U.S.Army Corpsof Engineers(1970)

Cualquierforma

Fuerzas Las fuerzas entre dovelas tienen la misma di-reccin que la superficie del terreno.

Lowe yKarafiath(1960)

Cualquierforma

Fuerzas Las fuerzas entre dovelas estan inclinadas enun angulo igual al promedio de la superficiedel terreno y las bases de las dovelas.

Spencer(1967)

Cualquierforma

Momentos yfuerzas

La inclinacion de las fuerzas laterales son lasmismas para cada tajada, pero son desconoci-das.

Morgensterny Price(1965)

Cualquierforma

Momentos yfuerzas

Las fuerzas entre dovelas, sea asume, quevarıan de acuerdo con una funcion arbitraria.

Sarma(1973)

Cualquierforma

Momentos yfuerzas

Utiliza el metodo de las dovelas en el calculode la magnitud de un coeficiente sısmico re-querido para producir la falla.

Cuadro 3.2: Metodos de analisis de estabilidad de taludes

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3.4.1. Metodo de Talud Infinito

El metodo de talud infinito es uno de los metodos que usan abacos quesimplifican de forma radical el calculo de estabilidad de taludes. Con los abacospresentados pueden analizarse dos tipos de condiciones basadas en analisis detaludes infinitos:

1. Taludes en material granular, donde el mecanismo de falla crıtico es desli-zamiento superficial o rodadura.

2. Taludes en suelo residual, donde una capa relativamente delgada de suelosuprayace suelo firme o roca, y el mecanismo de falla crıtico es de desli-zamiento a lo largo de un plano paralelo al talud, en la parte superior delsuelo firme.

Pasos para utilizar los abacos en analisis de esfuerzos efectivos.

1. Determine la relacion de presion de poros, ru, que se define por:

ru =u

γ ∗H(3.7)

donde:u = presion de porosγ = peso unitario total de sueloH = profundidad correspondiente a la presion de poros u

Para un talud existente, la presion de poros puede determinarse de medi-ciones de campo, efectuadas por piezometros instalados en la profundidadde deslizamiento.

Para la condicion de infiltracion paralela al talud, que es muy frecuente, elvalor de ru se calcula ası:

ru =X

T

γwγcos2β (3.8)

donde:X = distancia de la profundidad de deslizamiento a la superficie de la in-filtracion, medida normalmente a la superficie del talud.T = distancia de la profundidad de deslizamiento a la superficie del talud,medida normalmente a la superficie del talud.γw = peso unitario del agua.γ = peso unitario total de suelo.

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β = angulo del talud.

Para el caso de la infiltracion emergiendo del talud, que es mas crıtico quela infiltracion paralela al talud, el valor de ru puede calcularse ası:

ru =γwγ

1

(1 + TanβTanθ)(3.9)

en donde θ es el angulo de la filtracion medido sobre la horizontal y losotros factores son como se definieron anteriormente.

Figura 3.7: Esquemas de afloramiento de agua sobre la superficie del talud y flujode agua paralelo a la superficie del talud.

2. Determine los valores de los parametros adimensionales A y B de la Figura3.8.

3. Calcule el factor de seguridad, FS, mediante la formula:

FS = ATanφ′

Tanβ+B

C ′

γH(3.10)

donde:φ′ = angulo de friccion interna en terminos de esfuerzos efectivos.C’ = cohesion en terminos de esfuerzos efectivos.β = angulo del talud.H = profundidad del deslizamiento en masa medido verticalmente.

y los otros factores son como se definieron previamente.

Pasos para utilizar los abacos en analisis de esfuerzos Totales.

1. Determine el valor del parametro adimensional B en la Figura 3.8.

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2. Calcule el factor de seguridad, FS, usando la formula:

FS =Tanφ

Tanβ+B

C

γH(3.11)

donde:φ = angulo de friccion interna en terminos de esfuerzos totales.C = cohesion en terminos de esfuerzos totales.

y los otros factores son como se definieron previamente.

Figura 3.8: Abacos estabilidad talud infinito.

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Capıtulo 4

Analisis Retrospectivo de Fallas

4.1. Definicion

El analisis retrospectivo de fallas, back analysis, es usado comunmente en laingenierıa geotecnica para estimar la resistencia in situ del suelo. Esta resistenciase representa generalmente por los parametros de resistencia al corte en tensionesefectivas de Mohr-Coulomb, cohesion C y angulo de friccion interna φ. El analisisretrospectivo de fallas de taludes es un metodo efectivo que incorpora importantesfactores que muchas veces no son bien representados en ensayos de laboratorio,tales como la estructura del suelo, la no homogeneidad, influencia de fisuras enla resistencia al corte y el efecto de los planos de debilidad dentro de la masa desuelo.

El analisis retrospectivo de fallas asume un factor de seguridad igual a launidad y considera la geometrıa original en el momento de la falla. Luego se estimala resistencia al corte del suelo que fue movilizada en la falla consistente con unmodelo 2D realizado con un mtodo seleccionado (Morgenstern-Price, Spencer,Janbu, Bishop, etc.) para un FS=1. Estudios han demostrado que usando unmetodo que considere todas las condiciones de equilibrio (

∑F=0,

∑M=0) se

obtiene un factor de seguridad que varıa en ±5 % (Tang, 1999). En muchos casosse dispone de poca informacion de las condiciones bajo las cuales ocurrio undeslizamiento, lo que reduce la confiabilidad de los valores de C y φ obtenidosmediante analisis retrospectivo. Estos valores pueden ser utilizados para analizarla estabilidad de otros taludes en la misma formacion geologica y recomendarmedidas de estabilizacin si corresponde.

Para que los resultados obtenidos sean compatibles con las propiedadesdel suelo al momento de la falla, es necesario tener criterio y experiencia paraestimar algunos parametros necesarios en el analisis, como peso unitario del suelo,presiones de poro, geometrıa original del talud y estructura del suelo, ası como lasensibilidad del resultado frente esta eleccion. A su vez es necesario conocer las

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limitaciones y rangos de aplicabilidad para no incurrir en errores de consideracion.

4.2. Metodos de analisis retrospectivo

Tradicionalmente el analisis retrospectivo se ha realizado obteniendo unsolo parametro de resistencia del suelo y suponiendo conocido el otro. Una de lasformas mas sencillas de realizar este anlisis es asumiendo un valor constante dela resistencia al corte, lo que supone un angulo de friccion interna φ = 0 ◦. Estaconsideracion, sin embargo, puede llevar a resultados poco conservadores si la fallase produce en condiciones drenadas (largo plazo). Solo si se conoce la geometrıadel deslizamiento es posible determinar ambos parametros, si bien los resultadosobtenidos no siempre son ajustados a la realidad, sobretodo cuando se produceuna falla progresiva o marcadas discontinuidades en el talud. A continuacion sepresentan algunos metodos para obtener los parametros de resistencia del suelomediante analisis retrospectivo.

4.2.1. Metodos propuestos por Laurence D. Wesley y Vi-raja Leelaratnam

Enseguida se describira los dos metodos planteados por Laurence D. Wes-ley y Viraja Leelaratnam.

Metodo 1El primer metodo corresponde a una combinacion de los parmetros de cortedel suelo, para un FS=1 tanto para una superficie especifica de falla comopara el talud intacto (talud de diseno). Se realiza un analisis convencionaldel desplazamiento que se ha producido, con lo cual es posible obtener unrango de valores de C ’ y Tan (φ’) que cumplan con el criterio de falla, enque el factor de seguridad para la superficie de deslizamiento sea igual a launidad. Este rango de valores se obtiene utilizando un software de analisisde estabilidad de taludes el cual entrega los valores de C ’ y φ’ a partirde un centro y radio estimado de la superficie de falla. Luego se repite elanalisis nuevamente considerando el talud como intacto, esto entrega unnuevo conjunto de combinaciones de C ’ y φ’ que se aplican al talud intacto.Esta gama de valores se muestra en la Figura 4.1 curva (b). El punto deinterseccion de las dos curvas, donde los dos conjuntos de valores coinciden,define el parC ’ y φ’ aplicados en terreno.

Metodo 2El segundo metodo consiste en obtener un grafico FS vs C ’ o Tan (φ’);es recomendable utilizar Tan(φ’). Esto puede hacerse de dos maneras, en

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Figura 4.1: Combinaciones de C ’ y φ’ para un Factor de Seguridad igual a 1.

primer lugar, se toman las combinaciones de C ’ y Tan (φ’) obtenidos me-diante el analisis retrospectivo del cırculo de falla y utilizarlos para calcularun conjunto de factores de seguridad para el talud intacto. Si hacemos esto,encontramos que los factores de seguridad son menores a la unidad a excep-cion de un caso cuando el cırculo de falla crıtico corresponde al cırculo defalla real. Esto se ilustra graficamente en la lınea inferior de la Figura 4.2.En otras palabras, si los parametros de resistencia al corte no son los que seaplican a la superficie de deslizamiento real entonces la falla habrıa tenidootra trayectoria siendo el FS inferior. En segundo lugar, se toman las com-

Figura 4.2: Grafico de FS versus Tan(φ’) para dos diferentes supuestos iniciales.

binaciones de C ’ y φ’ obtenidos del analisis retrospectivo del talud intacto

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y se utilizan para calcular los FS para el cırculo de falla real. Encontramosentonces que todos los factores de seguridad son mayores que la unidad aexcepcion de un caso cuando el cırculo de falla crıtico corresponde al cırculoreal. Esto queda ilustrado por la curva superior de la figura anterior. Enotras palabras, la superficie de falla real es la superficie de deslizamiento enel que podrıa ocurrir la falla, ya que todas las otras superficies tienen facto-res de seguridad mayores a la unidad. Por lo tanto, el punto de interseccinde los valores C ’ y Tan (φ’) es el que define los parametros resistentes delsuelo.

4.2.2. Metodo propuesto por Duncan

Aunque para cualquier talud dado existe un numero infinito de pares devalores C ’ y φ’ que produce un FS igual a 1, tambien se producira para cada parde valores una superficie de deslizamiento crıtica. Cada conjunto de parametrosde resistencia al esfuerzo de corte produce un factor de seguridad de 1, pero lasuperficie de deslizamiento crıtica es diferente. Para un talud homogeneo simple,la altura de la superficie de deslizamiento esta relacionado con el parmetro adi-mensional, λc,φ que se define como:

λc,φ =γ ·H · Tan(φ)

C(4.1)

Donde H es la altura del talud, C y φ representan los parametros de resistenciaal corte. Los valores de λ, C y φ se muestran en la Figura 3 junto a los parmetrosresistentes.

Ası como λc,φ aumenta, la profundidad de las superficies de falla disminu-ye. Cuando λc,φ es cero, la superficie de falla es profunda, y cuando λc,φ es infinitala superficie de falla es poco profunda, es decir, una superficie de falla colinealcon la superficie del talud. En la Figura 4.4 se muestra la falla que ocurrio enun terraplen construido en Houston, Texas con una arcilla altamente plastica,conocido localmente como Beaumont Clay con el parametro λc,φ alto.

Los pasos para determinar los parmetros de resistencia al corte para unasuperficie de falla son los siguientes:

1. Se asume una serie de valores del par C ’ y φ’. Los pares de valores sonescogidos de tal manera que representen un rango de λc,φ, pares de valoresque no necesariamente generan un FS igual a 1.

2. Se determinan los cırculos de falla crıticos correspondientes al mnimo FScalculado para cada par C ’ y φ’.

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Figura 4.3: Valores de λ, C y φ en un talud (Duncan, 2005).

Figura 4.4: Falla del terraplen (Duncan, 2005).

3. Los parametros resistentes C′d y φ’ son determinados para cada par devalores de las siguientes ecuaciones asumiendo la cohesion, el angulo defriccion y el FS considerado.

C′d =C′

FS(4.2)

φ′d = Arctan(Tan(φ′)

FS) (4.3)

La cohesion y el angulo de friccion deben ser obtenidos para un FS = 1.

4. Se determina la profundidad para cada par de valores C ’ y φ’.

5. Los valores de C ’ y φ’ obtenidos del paso 3 son graficados versus la profun-didad de la superficie de falla del paso 4.

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6. Se determina de los graficos obtenidos el valor de C ’ y φ’ para la profundidadobservada dada por λc,φ.

Estos valores obtenidos representan la cohesion y el angulo de friccion paraun FS = 1.

4.2.3. Taludes intactos

Tambien es posible obtener los parametros de resistencia del suelo ana-lizando taludes que no han fallado, lo que si bien disminuye la certeza de losparametros encontrados, nos permite saber el rango en que se encuentran. Si eltalud exhibe grietas de traccion incipientes en su coronacion se puede utilizar un1,1 < FS < 1,15 para el analisis retrospectivo. Si no se encuentran grietas elfactor de seguridad deberıa ser mayor a 1.3, con lo que el analisis retrospectivoqueda indeterminado. Sin embargo, para analisis conservadores se puede adoptarFS=1.3. Esto ultimo tiene el problema que si bien se esta dentro del lado de laseguridad, no se sabe por cuanto, con lo que se puede incurrir en costos innece-sarios. Otra alternativa es recolectar datos de un gran numero de pendientes y

Figura 4.5: Curva ajustada para determinar C y φ (Wesley, 2001).

alturas de taludes para una formacion geologica o tipo de suelo en particular, quesea relativamente homogeneo, para estimar valores de C y φ. Se trazan los puntosgraficamente en funcion de la pendiente del talud y su altura, como se muestraen la Figura 4.5. Luego se ajusta una curva que pase por sobre todos los puntos

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que representan taludes estables. Para determinar los parametros de resistenciaal corte se eligen dos o tres puntos (A, B, C de la Figura 4.5) que representanun solo par posible de C y φ. Esto ultimo no es estrictamente necesario, puesse puede utilizar la curva ajustada para disenar taludes, eligiendo combinacionesaltura/pendiente que se encuentren bajo la curva mencionada.

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Parte III

Marco Experimental

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Capıtulo 5

Aspectos Generales

5.1. Localizacion de los deslizamientos

Los deslizmientos analizados en este documento se encuentran ubicadosen la ciudad de Manizales. Manizales, capital de Caldas, pertenece a la regionCentro Sur del departamento de Caldas, ubicada sobre la vertiente Occidentalde la Cordillera Central, articulada por los ejes viales de la troncal de Occidente,con topografıa muy pendiente. Se localiza segun las coordenadas cartesianas conorigen en el punto Liceo Isabel La Catolica de coordenadas geograficas 5 ◦ 04’15.3” Latitud Norte y 75 ◦ 30’ 52.1” Longitud Oeste de Greenwich, cuyas planasson: 52.391.13 metros norte y 173.727.04 metros Este. Altura del plano de proyec-cion 2150 metros sobre el nivel medio del mar en Buenaventura. La localizaciondentro del territorio nacional con respecto a la distribucion de la poblacion y laactividad economica es altamente ventajosa. Se encuentra en el interior del lla-mado Triangulo de Oro conformando el espacio comprendido entre las ciudadesde Bogota, Medellın y Cali, los tres principales centros de consumo del paıs. Enla Figura 5.1 se peude observar la ubicacion de la ciudad de Manizales dentro deColombia.

Los deslizamientos que se analizan en este documento estan ubicados den-tro de la zona urbana de la ciudad de Manizales. El deslizamiento del BarrioVilla Kempis, esta ubicado precisamente en ese barrio, que pertenece a la Co-muna Numero 11 llamada La Macarena. Los barrios que conforman la ComunaLa Macarena son: Castellana, Centenario, Campamento, Chapinero, El Bosque,El Carmen, Estambul, Granjas de Estambul, Jesus de la Buena Esperanza, Laalbania, La providencia, Nogales, Nino Jesus de Praga, Nuevos Horizontes, Pa-norama, San Antonio, Sector Estacion Uribe, Solidaridad, Torres de Esponsion,Veinte de Julio, Villa Jardin.

El deslizamiento de la Iglesia del Barrio el Guamal, queda ubicado en elbarrio El Guamal perteneciente a la Comuna Numero 10 llamada La Fuente. Los

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Figura 5.1: Mapa Satelital de Colomia donde se senala la ubicacion de la ciudadde Manizales.

barrios que hacen parte del la Comuna La Fuente son: Arrayanes, Bajo Nevado,Bajo Persia, Bajo Prado, Cervantes, Colombia, El Paraiso, El Guamal, El palmar,Eucaliptus, Gonzales, La fuente, La Isabela, La Isla, La Panamericana, Linares,Los Alamos, Los Andes, Marmato, Nevado, Persia, Prado, Portal de Eucaliptus,Uribe, Urbanizacion Galicia, Velez, Villa Carmenza, Villa Nueva.

En la Figura 5.2 se puede observar la ubicacion de los barrios Villa Kempisy El Guamal dentro de la zona urbana de la ciudad de Manizales.

Ahora bien, ubicados dentro de los barrios donde ocurrieron los desliza-mientos, en la Figura 5.3 y 5.4 se puede examinar la masa de suelo desplazadapor los eventos del barrio Villa Kempis y El Guamal respectivamente, que pos-teriormente en este documento son estudiados por la Metodologıa de Analisis deRetrospectivo de Fallas.

5.2. Climatologıa region de los deslizamientos

La zona de estudio se encuentra dentro de la Zona de Convergencia In-tertropical, que se caracteriza por presentar una alta pluviosidad de regimenbimodal, un abundante contenido de humedad de aire y un regimen termico va-riable. Incluye aspectos climaticos correspondientes a una precipitacion promedioanual de 2000 mm, una temperatura de 16,8 ◦C y se encuentra entre las cotas

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Figura 5.2: Mapa Satelital de la ciudad de Manizales donde se senala la ubicacionde los barrios Villa Kempis y El Guamal.

1860 m.s.n.m y 2070 m.n.s.m., lo que permite correlacionarla con el bosque muyhumedo montano bajo, que es la clasificacion para la ciudad de Manizales segunHoldridge, 1987 y ubicada en el Piso Subandino Superior de acuerdo con la zoni-ficacion climatica del IGAC, 1990.

La clasificacion de Bosque muy humedo Montano bajo (bmhMB) presentalımites climaticos de biotemperatura media entre 12 ◦C y 18 ◦C grados centigra-dos, un promedio anual de lluvias entre 2000 mm y 4000 mm; pertenece a laprovincia de humedad perhumedo y se encuentra altimetricamente entre 1900a 2900m. Posee una topografıa accidentada, labrada por los rıos y quebradas,algunas veces el relieve presenta pequeas mesetas onduladas y valles.

5.3. Propiedades Geologicas de los deslizamien-

tos

Se presenta en la Figura 5.5 el Mapa Geologico de la ciudad de Manizales,donde se puede observar que los sitios de analisis estan situados sobre suelos de laFormacion Casabianca (Tscb). A continuacion se describen geologicamente cadauno de lo sitios de interes.

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Figura 5.3: Talud afectado deslizamiento Barrio Villa Kempis.

5.3.1. Propiedades Geologicas Deslizamiento Barrio VillaKempis

Se encontraron dos unidades: la mas antigua corresponde a un flujo deescombros que se correlaciona con la Formacion Casabianca (Tscb) definida porThouret et al, 1985, en Aguirre et al, 1993 y redefinida por Borrero y Naranjo,1990 - y la segunda es un Deposito de Caıda Piroclastica definido por Florez, 1986y redefinido por Naranjo y Rıos, 1989 que representa las ultimas manifestacionesde actividad volcanica explosiva del complejo Ruiz - Tolima - Cerrobravo (Naranjoy Rıos, 1989) .

Formacion Casabianca (Tscb)

Esta unidad se localiza en toda el area de estudio infrayaciendo los Deposi-tos de Caıda Piroclastica (Qcp), corresponde a un deposito volcaniclastico matrizsoportado, masivo, sin estratificacin interna. Se caracteriza localmente por estarmoderadamente meteorizado, poseer una coloracion amarilla y moderado gradode consolidacion. La matriz es de color ocre, con un tamano de grano medio(1mm); segun Borrero, 1991, la caolinita es el mineral arcilloso que caracteriza lamatriz, mezclada en poca proporcion con esmectita, el color rojo de la secuencia esel resultado del contenido de hematites y goethita. Se compone de arcilla (50 %),fragmentos de lapilli y pomez (15 %) y cristales. Los cristales corresponden a:plagioclasa (50 %), hornblenda (25 %), biotita (20 %) y cuarzo (5 %).

El tamano de los clastos varıa desde 12 cm hasta 2 m de diametro, y corres-

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Figura 5.4: Talud afectado deslizamiento Barrio El Guamal.

ponde a tamanos guijos, guijarros y bloques; son ademas, pobremente calibrados,con baja esfericidad y subredondeados a subangulares, dichos clastos correspon-den a fragmentos ıgneos (andesitas, basaltos y dacitas), metamorficos (esquistos,gneis y filitas) y rocas pumıticas:

Clastos de rocas Igneas estos clastos corresponden a andesitas, basaltos y da-citas, caracterizados por ser los mas abundantes dentro del deposito (93 %);son subredondeados, mal seleccionados, con baja esfericidad; el color es griscalido claro, 2.5YR 6/0.

Clastos de rocas Metamorficas dentro de estos se presentan esquistos micaceos,esquistos verdes, gneis y filitas; alcanzan un porcentaje del 5 %, dentro deldeposito se encuentran subangulares, con baja esfericidad y tiene una tona-lidad que varia de verde pavo real 5Y 4/8 a plata 7.5Y 6/0.

Clastos de rocas pumıticas se encuentran un 2 % de pomez, subangulares asubredondeadas con colores gris calido claro 2.5YR 6/0.

De acuerdo con la nomenclatura de facies para la Formacion Casabianca (Tscb)definida por Borrero y Naranjo, 1990, dentro del area de estudio se tiene la si-guiente facies Cuadro 5.1.

Depositos de Caıda Piroclastica (Qcp)

El deposito de caıda piroclastica esta compuesto por intercalaciones deceniza de tamano fino a medio, color crema, 5Y 8/3; gris frıo medio, 2.5YR 4/0;

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Figura 5.5: Mapa Geologico de la ciudad de Manizales.

terracota, 10YR 3/4 y ocre 2.5Y 7/8, estan compuestas por fragmentos de pomezy cristales de plagioclasa, hornblenda, biotitas, vidrio y cuarzo. Eventualmentese encuentran niveles de lapilli de tamano grueso, color ocre tostado, 10YR 5/6,compuesta por clastos de pomez, y cristales de plagioclasa, hornblenda y biotita,posee un espesor de 0.60 m aproximadamente.

Debido a la variacion en el color de la ceniza y el tamano de grano, se agru-paron los Depositos de Caıda Piroclastica (Qcp) como se presenta en el Cuadero5.2

Los parametros identificados con * en la descripcion de las cenizas se rea-lizaron con ayuda de la lupa binocular.

1. Ceniza color crema, 5Y 8/3 a ocre tostado, 10YR 5/6, con un espesor de0.70 m, un diametro medio de 0.55 y un ındice de seleccionamiento de 2.17(Inman Sort); el tamano de grano es fino de 0.25mm, a continuacion sedescribe la composicion y textura caracterıstica para esta ceniza:

Pomez muy densa leucocratica gris calido muy claro, textura porfirıti-ca*, hialocristalina*, inequigranular; con cristales de plagioclasa, horn-blenda y micas.

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Identificadorde Facies

Litofacies EstructurasSedimentarias

Interpretacion

Gms Gravas masi-vas, matriz-soportadas muypobrementesorteadas, losclastos puedenser angulares aredondeados.

Posible grada-cion inversa portodas partes osolamente en labase.

Depositos de flu-jo de escombros.

Cuadro 5.1: Facies de la Formacion Casabianca (Tscb) presente en la zona deestudio.

Plagioclasa traslucida y blanco lechoso, brillo perlado, presenta planosde clivaje, fractura irregular, textura poiquilıtica*, habito tabular yamorfo, y forma subhedral.

Hornblenda verde olivo y verde pavo real, brillo sedoso, fractura enastilla, habito tabular y forma euhedral y subhedral.

Biotita negra y cobre, con exfoliacion perfecta y brillo reluciente.

Vidrio, traslucido, fractura concoidea

Cuarzo vıtreo, amorfo y bipiramidal, fractura concoidea; este se en-cuentra en cantidades muy bajas.

2. Ceniza color gris calido claro, 2.5YR 6/0 a crema, 5Y 8/3, con un espesor de0.85 m, un diametro medio de 1.30 y un ındice de seleccionamiento de 1.70(Inman Sort); el tamano de grano es fino de 0.25 mm, esta ceniza contienebastante oxido y textural y composicionalmente corresponde a:

Pomez muy densa mesocratica, gris clido muy claro y terracota, tex-tura porfirıtica*, hialocristalina*, inequigranular; con cristales de pla-gioclasa, hornblenda y micas.

Plagioclasa traslucida y blanco lechoso, brillo perlado, presenta planosde clivaje, fractura irregular, textura poiquilıtica*, habito tabular yamorfo, y forma subhedral.

Hornblenda verde olivo y verde pavo real, brillo sedoso, fractura enastilla, habito tabular y forma euhedral y subhedral.

Vidrio, traslucido, fractura concoidea

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No Composicion Color* Indice deSelecciona-miento*

DiametroMedio*

TamanodeGrano*

1 Pomez, Plagiocasa,Hornblenda, Bioti-ta, Vidrio y Cuar-zo.

Crema, 5Y8/3 Cobre,2.5YR 5/4.

2.17 0.55 Fino

2 Pomez, Plagiocasa,Hornblenda, Bioti-ta, Vidrio y Cuar-zo.

Gris calidomuy claro,7.5YR 7/0.

1.70 1.30 Fino

3 Pomez, Plagiocasa,Vidrio, Hornblen-da.

Ocre tostado10YR 5/6.

1.32 0.50 Grueso

4 Pomez, Plagiocasa,Hornblenda, Bioti-ta, Vidrio y Cuar-zo.

Cobre, 2.5YR5/4 Ocre tos-tado, 10YR5/6.

1.93 -0.40 Medio

5 Pomez, Plagiocasa,Vidrio, Hornblen-da.

Ocre, 2.5Y7/8.

1.60 2.80 Medio

6 Pomez, Plagiocasa,Hornblenda, Bioti-ta, Vidrio y Cuar-zo.

Gris clidomuy claro,7.5YR 7/0.

2.02 -1.10 Grueso

L6 Plagiocasa, Horn-blenda, Biotita,Vidrio y Cuarzo.

Crema, 5Y8/3 Cobre,2.5YR 5/4.

1.15 1.5 Medio aFino

Cuadro 5.2: Resumen de la clasificacion de los Depositos de Caıda Piroclastica(Qcp).

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Cuarzo vıtreo, amorfo y bipiramidal, fractura concoidea; este se en-cuentra en cantidades muy bajas.

3. Lapilli color ocre tostado, 10YR 5/6, con un espesor de 0.35 m, un diametromedio de 0.50 y un ındice de seleccionamiento de 1.32 (Inman Sort); eltamao de grano es grueso de 0.5mm, se caracteriza por presentar la siguientecomposicion y textura:

Pomez porosa leucocratica gris calido muy claro, textura porfirıtica*,hialocristalina*, inequigranular; con cristales de plagioclasa, hornblen-da y micas.

Plagioclasa traslucida y blanco lechoso, brillo perlado, presenta planosde clivaje, fractura irregular, textura poiquilıtica*, habito tabular yamorfo, y forma subhedral.

Vidrio, traslucido, fractura concoidea

Horblenda verde olivo y verde pavo real, brillo sedoso, fractura enastilla, habito tabular y forma euhedral y subhedral.

4. Ceniza color cobre, 2.5YR 5/4 a ocre tostado, 10YR 5/6, con un espesorde 0.20 m, un diametro medio de 0.40 y un ındice de seleccionamiento de1.93 (Inman Sort); el tamano de grano es medio de 1.0mm, dicha ceniza sedescribe a continuacion:

Pomez muy densa mesocratica, color arena y gris calido muy claro,textura porfirıtica*, hialocristalina*, inequigranular; con cristales deplagioclasa, hornblenda y micas.

Plagioclasa traslucida y blanco lechoso, brillo perlado, presenta planosde clivaje, fractura irregular, textura poiquilıtica*, habito tabular yamorfo, y forma subhedral.

Hornblenda verde olivo y verde pavo real, brillo sedoso, fractura enastilla, habito tabular y forma euhedral y subhedral.

Biotita negro y cobre, con exfoliacion perfecta y brillo reluciente.

Vidrio, traslucido, fractura concoidea

Cuarzo vıtreo, amorfo, fractura concoidea; este se encuentra en canti-dades muy bajas.

5. Ceniza color ocre, 2.5Y 7/8, con un espesor de 0.80 m, un diametro mediode 2.80 y un ındice de seleccionamiento de 1.60 ( Inman Sort ); el tamao degrano es medio de 1.0mm y su composicin y textura son:

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Pomez porosa leucocratica gris calido muy claro, textura porfirıtica*,hialocristalina*, inequigranular; con cristales de plagioclasa, horblenday micas.

Plagioclasa traslucida y blanco lechoso, brillo perlado, presenta planosde clivaje, fractura irregular, textura poiquilıtica*, habito tabular yamorfo, y forma subhedral.

Vidrio, traslucido, fractura concoidea

Hornblenda verde olivo y verde pavo real, brillo sedoso, fractura enastilla, habito tabular y forma euhedral y subhedral.

Ademas presenta eventualmente algunos clastos de lava porfirtica.

6. Ceniza color gris calido muy claro, 7.5YR 7/0, con un espesor de 1.10 m,un diametro medio de -1.10 y un ındice de seleccionamiento de 2.02 (InmanSort); el tamano de grano es grueso de 2.0mm, esta ceniza se caracterizapor presentar la siguiente composicion y textura:

Pomez muy densa leucocratica gris calido muy claro, textura porfirıti-ca*, hialocristalina*, inequigranular; con cristales de plagioclasa, horn-blenda y micas.

Plagioclasa traslucida y blanco lechoso, brillo perlado, presenta planosde clivaje, fractura irregular, textura poiquilıtica*, habito tabular yamorfo, y forma subhedral.

Hornblenda verde olivo y verde pavo real, brillo sedoso, fractura enastilla, habito tabular y forma euhedral y subhedral.

Biotita negro y cobre, con exfoliacion perfecta y brillo reluciente.

Vidrio, traslucido, fractura concoidea

Cuarzo vıtreo, amorfo y bipiramidal, fractura concoidea; este se en-cuentra en cantidades muy bajas.

7. L6 Corresponde a un lente encontrado en la capa 6. Ceniza color crema,5Y 8/3 a cobre, 2.5YR 5/4 con un espesor de 0.70 m, un diametro mediode 1.5 y un ındice de seleccionamiento de 1.15 (Inman Sort); el tamano degrano medio de 0.5 mm, la composicion y textura de esta ceniza es:

Pomez masiva leucocratica de color gris clido muy claro, textura por-firıtica*, hialocristalina*, inequigranular; con cristales de plagioclasa,hornblenda y micas.

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Plagioclasa traslucida y blanco lechoso, brillo perlado, presenta planosde clivaje, fractura irregular, textura poiquilıtica*, habito tabular yamorfo, y forma subhedral.

Hornblenda verde olivo, brillo sedoso, fractura en astilla, habito tabulary forma euhedral y subhedral.

Biotita negro y cobre, con exfoliacion perfecta y brillo reluciente.

Vidrio, traslucido, fractura concoidea

Cuarzo vıtreo, amorfo y bipiramidal, fractura concoidea; este se en-cuentra en cantidades muy bajas.

De acuerdo con la diferenciacion realizada por Aguirre y Dunoyer, 1997, de losdepositos piroclasticos de Manizales, en 3 set con caracterısticas diferentes, loobservado en este trabajo corresponde al set II que son depositos de tefras quepresentan intercalaciones de capas delgadas de pomez con un espesor maximode 0.25 m y gruesas capas de cenizas de un espesor maximo de 1.50 m y undiametro maximo de 6 cm de pomez; la composicion es intermedia con presenciade plagioclasas, anfboles y cuarzo en baja proporcion. Teniendo en cuenta eltamano de grano y la composicion, se deduce que las erupciones que originaronestos depositos presentaron un menor ındice de explosividad que aquellas queoriginaron el set I, lo que podrıa indicar que son correlacionables con la actividaddel Volcan Nevado del Ruiz (Aguirre y Dunoyer, 1997).

5.3.2. Propiedades Geologicas Deslizamiento Iglesia Ba-rrio El Guamal

Formacion Casabianca (Tscb)

Esta unidad se localiza en toda el area de estudio infrayaciendo los Deposi-tos de Caıda Piroclastica (Qcp), corresponde a un deposito volcaniclastico matrizsoportado, masivo, sin estratificacin interna. Se caracteriza localmente por estarmoderadamente meteorizado, poseer una coloracion amarilla y moderado gradode consolidacion. La matriz es de color ocre, con un tamano de grano medio(1mm); segun Borrero, 1991, la caolinita es el mineral arcilloso que caracteriza lamatriz, mezclada en poca proporcion con esmectita, el color rojo de la secuencia esel resultado del contenido de hematites y goethita. Se compone de arcilla (50 %),fragmentos de lapilli y pomez (15 %) y cristales. Los cristales corresponden a:plagioclasa (50 %), hornblenda (25 %), biotita (20 %) y cuarzo (5 %).

El tamano de los clastos varıa desde 12 cm hasta 2 m de diametro, y corres-ponde a tamanos guijos, guijarros y bloques; son ademas, pobremente calibrados,

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Identificadorde Facies

Litofacies EstructurasSedimentarias

Interpretacion

Gms Gravas masi-vas, matriz-soportadas muypobrementesorteadas, losclastos puedenser angulares aredondeados.

Posible grada-cion inversa portodas partes osolamente en labase.

Depositos de flu-jo de escombros.

Cuadro 5.3: Facies de la Formacion Casabianca (Tscb) presente en la zona deestudio.

con baja esfericidad y subredondeados a subangulares, dichos clastos correspon-den a fragmentos ıgneos (andesitas, basaltos y dacitas), metamorficos (esquistos,gneis y filitas) y rocas pumıticas:

Clastos de rocas Igneas estos clastos corresponden a andesitas, basaltos y da-citas, caracterizados por ser los mas abundantes dentro del deposito (93 %);son subredondeados, mal seleccionados, con baja esfericidad; el color es griscalido claro, 2.5YR 6/0.

Clastos de rocas Metamorficas dentro de estos se presentan esquistos micaceos,esquistos verdes, gneis y filitas; alcanzan un porcentaje del 5 %, dentro deldeposito se encuentran subangulares, con baja esfericidad y tiene una tona-lidad que varia de verde pavo real 5Y 4/8 a plata 7.5Y 6/0.

Clastos de rocas pumıticas se encuentran un 2 % de pomez, subangulares asubredondeadas con colores gris calido claro 2.5YR 6/0.

De acuerdo con la nomenclatura de facies para la Formacion Casabianca (Tscb)definida por Borrero y Naranjo, 1990, dentro del area de estudio se tiene la si-guiente facies Cuadro 5.1.

5.4. Propiedades Geotecnicas de los Suelos

5.4.1. Propiedades Geotecnicas de los Suelos Deslizamien-to Barrio Villa Kempis

En la caracterizacin Geotecnia de los materiales; de cada una de las perfo-raciones se extrajeron muestras en tubos de pared delgada y bolsa de los estratos

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significativos para ser ensayadas en laboratorio. Los ensayos realizados por COR-POCALDAS, sugeridos por el consultor fueron los siguientes:

Clasificacion Granulometrıa por lavado (pasante Tamiz # 200)

Limites de Atterberg

Propiedades fısicas Humedad Natural

Peso Unitario:

1. Humedo

2. Seco

Propiedades Mecanicas Compresion Inconfinada.

Corte Directo.

Resistencia al corte no drenado

SPT

Los materiales predominantes encontrados en la zona de estudio corresponden aDepositos de Caıda Piroclastica, flujos de escombros y depositos coluviales for-mados a partir de los flujos de escombros. A continuacion se hace una descripciondetallada de cada uno de los materiales encontrados en la zona de estudio.

Depositos de Caıda Piroclastica

1. Clasificacion de suelos Las caracterısticas generales de estos materialesencontrados en la zona:

El tipo de material encontrado de caıda piroclastica tiene dos texturas,la primera corresponde a limos de alta plasticidad (MH) y la segundaa arenas limosas y arcillosas (SM, SC).

Los colores predominantes para los depositos de caıda son el pardo, elpardo claro, el pardo amarillo, pardo oscuro y el gris.

La humedad natural promedio encontrada a lo largo de todas las per-foraciones para los depositos de caıda piroclastica es de 31.1 % paralas arenas limosas y arcillosas y de 45.4 % para los limos de alta plas-ticidad.

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2. Lımite Lıquido La variacion de este lımite para las muestras ensayadaspara los depositos de caıda piroclastica presenta para los depositos de arenasun valor promedio de 39.3 %, para los limos de alta plasticidad el valorpromedio es de 51.5 %, los valores de limite liquido de los estratos, nosindican que la compresibilidad de estos materiales es alta para los limos ymedia para las arenas.

3. Resistencia a la Compresion inconfinada El valor promedio de la re-sistencia a la compresion inconfinada para el deposito de ceniza alcanzanvalores de 6.4 Ton/m2 para las arenas y de 4.3 Ton/m2 para los limos dealta plasticidad. Este valor indica consistencias medias del deposito.

4. Peso Unitario del Suelo El valor promedio del peso unitario humedopara las arenas es de 1,734 ton/m3 y el valor promedio del peso unitarioseco es de 1,324 ton/m3, para los limos de alta plasticidad el valor promediodel peso unitario humedo es de 1.70 Ton/m3 y de 1.169 para pesos unitariossecos.

5. Indice de Plasticidad Para las arenas el ındice de plasticidad alcanzaun valor promedio de 11.9 %, para los limos de alta plasticidad, el valorpromedio de esta propiedad es de 18.1 %.

6. Cohesion El valor promedio de esta propiedad es de 3.0 ton/m2.

7. Angulo de Friccion Esta propiedad fue establecida mediante correlacionesempıricas con el ındice de plasticidad, arrojando un valor promedio para estapropiedad de 31 grados.

8. Resistencia al Corte no Drenada El valor promedio de la resistenciaal corte no drenado del deposito de caıda piroclastica es de 5.3 Ton/m2,considerado como medio.

Se presenta en el cuadro 5.3 un resumen de cada una de estas propiedadesen donde * indica que las propiedad fueron calculadas mediante correlacionesempıricas.

Flujo de escombros

1. Clasificacion de suelos Las caracterısticas generales de este material en-contrado en la zona es el siguiente:

El tipo de material encontrado corresponde a limosos de alta y bajaplasticidad MH ML.

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Ensayo Valor Prome-dio

Valor Prome-dio

Clasificacin SM-SC MHHumedad 31.1 % 45.4 %Limite liquido 39.3 % 51.5 %Limite Plastico 27.4 % 33.4 %

Indice de plasticidad11.9 % 18.1 %

Peso unitario seco 1.324 Ton/m3 1.169 Ton/m3

Peso unitario humedo 1.734 Ton/m3 1.700 Ton/m3

Compresion inconfina-da

6.4 Ton/m2 4.3 Ton/m2

Cohesion *0.3 Kg/cm2 *0.2 Kg/cm2

Angulo de friccion*33 ◦ *31 ◦

Resistencia al corte nodrenada

5.3 Ton/m2 5.3 Ton/m2

Cuadro 5.4: Resumen Propiedades Depositos Caıda Piroclastica.

Los colores predominantes para los depositos de flujos de escombros sonel gris claro, el amarillo claro, el amarillo encendido, el gris amarillento,el pardo oscuro, el pardo amarillento y el rojizo.

La humedad natural promedio encontrada a lo largo de todas las per-foraciones para los flujos de escombros es de 45.8 % para los limos dealta plasticidad, para los limos de baja plasticidad el valor promedioes de 32.1 %.

2. Lımite Lıquido El valor de esta propiedad para las muestras ensayadaspara los flujos de escombros, presenta un valor promedio de 58.7 % paralos limos de alta plasticidad y de 48.9 % para los limos de baja plasticidad.Estos valores nos indican que la compresibilidad de los materiales es alta.

3. Resistencia a la Compresion inconfinada El valor promedio de la re-sistencia a la compresion inconfinada para los flujos de escombros es de 8.0Ton/m2 para los limos de alta plasticidad y de 8.1 Ton/m2 para los limosde baja plasticidad. Este valor indica consistencias medias del deposito.

4. Peso Unitario del Suelo El valor promedio es de 1.835 Ton/m3 parapesos unitarios humedos y 1.289 Ton/m3 para pesos unitarios secos en loque tiene que ver con los limos de alta plasticidad y de 1.793 Ton/m3 para

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Ensayo Valor Prome-dio

Valor Prome-dio

Clasificacion MH MLHumedad 45.8 % 32.8 %Lımite Lıquido 58.7 % 45.1 %Lımite Plastico 35.3 % 29.8 %

Indice de plasticidad23.5 % 15.3 %

Peso unitario seco 1.289 Ton/m3 1.393 Ton/m3

Peso unitario humedo 1.835 Ton/m3 1.852 Ton/m3

Compresion inconfina-da

8.0 Ton/m2 10.0 Ton/m2

Cohesion *0.4 Kg/cm2 *0.4 Kg/cm2

Angulo de friccion*30 ◦ *31 ◦

Resistencia al corte nodrenada

6.2 Ton/m2 6.2 Ton/m2

Cuadro 5.5: Resumen Propiedades Deposito de flujos de escombros.

pesos unitarios humedos y 1.358 Ton/m3 para pesos unitarios secos en loque tiene que ver con los limos de baja plasticidad.

5. Indice de Plasticidad Presenta valores promedio de 23.5 % para los limosde alta plasticidad y de 16.2 % para los limos de baja plasticidad.

6. Cohesion Teniendo en cuenta la textura y consistencia del deposito se tomcomo valor tpico 4.0 Ton/m2.

7. Angulo de Friccion Esta propiedad fue establecida mediante correlacionesempıricas con el ındice de plasticidad, arrojando un valor promedio para estapropiedad de 31 grados.

8. Resistencia al Corte no Drenada El valor promedio de la resistencia alcorte no drenado del deposito de suelo residual de la Formacion Casabiancaes de 7.4 Ton/m2, y en algunos de los ensayos realizados arrojaron valoressuperiores a las 10.0 Ton/m2 considerado medio a alto.

Se presenta en el cuadro 5.4 resumen de cada una de estas propiedadesen donde * indica que las propiedad fueron calculadas mediante correlacionesempıricas.

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5.4.2. Propiedades Geotecnicas de los Suelos Deslizamien-to Iglesia Barrio El Guamal

Depositos de la Formacion Casabianca

1. Clasificacion de suelos Las caracterısticas generales de estos materialesencontrados en la zona:

El tipo de material encontrado corresponde a depositos limosos de altaplasticidad MH.

Es importante anotar que debido al bajo grado de meteorizacion de laFormacion Casabianca en la zona de estudio se aprecia gran cantidadde bloques y fragmentos de roca completamente sanos.

Los colores predominantes para los depositos es el gris amarillento.

La humedad natural promedio encontrada a lo larog de todas las perfo-ranciones para los depositos de caida es de aproximadamente el 42.9 %

2. Lımite Liquido La variacion de este lımite para las muestras ensayadaspara los depositos residuales de la Formacion Casabiandca presenta un valorpromedio de 59.9 %. Estos vslores nos indican que la compresibilidad deestos materiales es alta.

3. Resitencia a la compresion inconfinada El valor promedio de la re-sistencia a la compresion inconfinada para los depositos residuales de laFormacion Casabianca es de 16.2 Ton/m2, Este valor indica consistenciasaltas.

4. Peso Unitario del Suelo El valor promedop es de 1.75 Ton/m2 para pesosunitarios humedos y 1.30 Ton/m2 para pesos unitarios secos en lo que tieneque ver con suelos de depositos residuales de la Formacion Casabianca.

5. Indice de plasticidad Presenta valores promdeios de 27.3 %.

6. Cohesion El valor promedio de esta propiedad encontrado en el ensayo decorte directo es de 4.3Ton/m2.

7. Angulo de friccion El valor arrojado en el ensayo de corte directo arrojo unvalor de 31 grados.

En el cuadro 5.5 se presenta el resumen de cada una de estas propiedades.

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Ensayo Valor Prome-dio

Clasificacion MHHumedad 42.9 %Lımite Lıquido 59.6 %Lımite Plastico 32.3 %

Indice de plasticidad27.3 %

Peso unitario seco 1.30 Ton/m3

Peso unitario humedo 1.75 Ton/m3

Compresion inconfina-da

16.2 Ton/m2

Cohesion 0.43 Kg/cm2

Angulo de friccion31 ◦

Cuadro 5.6: Resumen Propiedades Deposito de flujos de Formacion Casabianca.

5.5. Aproximacion Metodo de Analisis de Esta-

bilidad

5.5.1. Deslizamiento Barrio Villa Kempis

Para el analisis del modelo del deslizamiento del Barrio Villa Kempis sehizo uso de el metodo de las tajadas de Janbu Simplificado paras una superficie defalla circular. Este proceso se realizo por intermedio del programa de estabilidadde taludes SLIDE 5.0 de Rocscience, mensionado anteriormente.

Con el fin de contrastar los resultados del analisis arrojados por SLIDE 5.0,se realiza un analisis de estalibilidad de taludes mediante el metodo de analisisde talud infinito descrito anteriormente. Para el analisis se tienen en cuenta lasdos variantes del nivel de aguas freaticas que presenta el metodo. Teniendo comoobejtivo la simplificacion de los calculos de este metodo se hizo uso de hojas decalculo de Excel de Microsoft Office 2007.

Posteriormente se realizara una comparacion de los resultados entre estosdos metodos.

Analisis de Sensibilidad del Factor de Seguridad FS

Se realizo un analisis de sensibilidad del factor de seguridad variando losparametros de cohesion C y angulo de friccion interna φ, para cada una de las 4

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condiciones del nivel de aguas freaticas NAF consideradas en el numeral anterior,con el fin de obtener un conjunto de parejas de valores de estos parametros queconducen a un factor de seguridad FS = 1.0.

Los valores de los parametros de resistencia al corte considerados varianası: C = { 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 } kN/m2; φ = { 15 ◦, 20 ◦, 25 ◦, 30 ◦, 35 ◦ }.

Para dar inicio al analisis se fijaron las caracterısticas del talud menciona-das anteriormente, tales como geometrıa original del talud, estratificacion, super-ficie de falla, sobrecargas y accion sısmica, variando los parametros de cohesion Cy angulo de friccion φ para cada una de las posiciones del nivel de aguas freaticasNAF, como se describieron anteriormente.

Como se puede observar hay que calcular 35 factores de seguridad por cadauno de los niveles de aguas freaticas NAF, lo que significa que hay que calcular150 factores de seguridad en total.

A continuacion se describe el proceso que se utilizo en las dos herramientautilizadas para la obtencion de los factores de seguridad, seguido de los resultadosarrojados por estos.

1. Talud Infinito

El metodo de talud infinito es uno de los metodos de estabilidad de taludesque usan abacos que simplifican de forma radical los calculos de estabili-dad de taludes. Para analizar el deslizamiento del Barrio Villa Kempis hayque tener en cuenta que el metodo de el talud infinito se puede analizardos tipos de condiciones que son: Taludes en material granular, donde elmecanismo de falla crıtico es deslizamiento superficial o rodadura y taludesen suelo residual, donde una capa relativamente delgada de suelo suprayacesuelo firme o roca, y el mecanismo de falla crıtico es de deslizamiento a lolargo de un plano paralelo al talud, en la parte superior del suelo firme. Deeste modo el deslizamiento del Barrio Villa Kempis posee las caracterısticade la segunda condicion en donde los Depositos de Caida Piroclastica secaracteriza por ser suelo residual y el suelo de Formacion Casabianca sueleser mas firme que la anterior.Ahora el talud a analizar puede presentar dos caracteristicas adicinales queson: Afloramiento de agua sobre la superficie del talud y flujo de agua pa-ralelo a la superficie del talud. Se analizara el deslizamiento del Bariio VillaKempis en ambas condiciones. Se recuerda que este proceso se realizo conayuda de hojas de calculo de Microsoft Office Excel 2007.

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Afloramiento de agua sobre la superficie del talud Los calcu-los realizados en esta hoja de calculo de Microsoft Office Excel 2007fueron realizados paso a paso con el fin de ilustrar el procedimientopara hallar el calculo del factor de seguridad FS mediante el metodode talud infinito, descrito minusiosamente en apartados enteriores. Ladisposicion de las columnas se explicara a continuacion:Columna A: Numero de Factor de Seguridad FS, Columna B :Numero de la pareja Cohesion C - Angulo de friccion φ por cada esce-nario del NAF, Columna C : Angulo de friccion interna φ, ColumnaD : Cohesion C en Ton/m2, Columna E : Peso Unitario del Agua enTon/m3, Columna F : Peso Unitario Total de Suelo en ton/m3, Co-lumna G: Angulo de afloramiento del nivel de agua freaticas NAF θ,Columna H : Angulo de inclinacion del talud respecto a la horizontalβ, Columna I : Cotangente del angulo de inclinacion del talud respec-to a la horizontal b, Columna J : Factor ru, definido anteriormente,Columna K : Profundidad registrada del estrato superior z, Colum-na L: Factor A definido anteriormente, Columna M : Factor B de-finido enteriormente, Columna N : Aceleracion Sısmica, ColumnaO : Factor de Seguridad sin la influencia de la aceleracion sısmica, Co-lumna P : Factor de Seguridad con influencia de la aceleracion sısmi-ca, Columna Q : Division por cada angulo de afloramiento del NAF θ.

En la Figura 5.6 se da una idea de la hoja de calculo, que estara dispo-nible en los Anexos en medio magnetico. Los resultados de este procesose mostraran y analizaran en items posteriores.

Flujo de agua paralelo a la superficie del talud Aquı se siguenpaso a paso los calculos planteados por Duncan & Buchignani en el ano1975 para taludes con flujos de agua paralelo a la superficie del taludcon ayuda de hojas de calculo. A continuacion se detalla las columnasque se tuvieron en cuenta para los calculos de el factor de seguridadFS.Columna A: Numero de Factor de Seguridad FS, Columna B :Numero de la pareja Cohesion C - Angulo de friccion φ por cada esce-nario del NAF, Columna C : Angulo de friccion interna φ, ColumnaD : Cohesion C en Ton/m2, Columna E : Peso Unitario del Agua enTon/m3, Columna F : Peso Unitario Total de Suelo en ton/m3, Co-lumna G: Angulo de inclinacion del talud respecto a la horizontal β,Columna H : Cotangente del angulo de inclinacion del talud respec-to a la horizontal b, Columna I : Factor ru, definido anteriormente,

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Figura 5.6: Hoja de calculo Microsoft Office Excel 2007 Afloramiento de aguasobre la superficie del talud deslizamiento Barrio Villa Kempis.

Columna J : Profundidad registrada del estrato superior z, Colum-na K : Altura aparente del nivel de aguas freaticas respecto al espesorreal del estrato x, Columna L:Altura real del nivel de aguas freaticasrespecto al espesor real del estrato X,Columna M : Espesor real delestrato de suelo T, Columna N : Factor A definido anteriormente,Columna O : Factor B definido enteriormente, Columna P : Acele-racion Sısmica, Columna Q : Factor de Seguridad sin la influencia dela aceleracion sısmica, Columna R: Factor de Seguridad con influen-cia de la aceleracion sısmica, Columna S : Division por cada escenariodel nivel de aguas freaticas NAF.

En la Figura 5.7 se da una idea de la hoja de calculo, que estara dispo-nible en los Anexos en medio magnetico. Los resultados de este procesose mostraran y analizaran en items posteriores.

2. Janbu Simplificado

Para desarrollar el modelo del deslizamiento del Barrio Villa Kempis me-diante el metodo de Janbu Simplificado, se realizo el analisis con ayuda del

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Figura 5.7: Hoja de calculo Microsoft Office Excel 2007 Flujo de agua paralelo ala superficie del talud deslizamiento Barrio Villa Kempis.

programa de computadora SLIDE 5.0 de Rocscience. Para el montaje delmodelo se tuvieron en cuenta las caracterısticas geometricas, de estratifica-cion, sobrecarga y acelracion sısmica que se describen posteriormente. Hayque resaltar una de las caracterısticas mas utiles de este software, que es lacompatibilidad con extensiones relacionadas con Autocad, lo que facilita lacreacion de la geometrıa del talud. El uso del software es realmente sencillogracias a la ayuda de los tutoriales que se presentan en su pagina oficial.En la figura 5.8 podremos ver como se presentan los resultados en este utilprograma de computadora.

5.5.2. Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal

Para el analisis del modelo del deslizamiento del Barrio Iglesia Barrio ElGuamal se hizo uso de el metodo de las tajadas de Janbu Simplificado paras unasuperficie de falla circular. Este proceso se realizo por intermedio del programade estabilidad de taludes SLIDE 5.0 de Rocscience, mensionado anteriormente.

Con el fin de contrastar los resultados del analisis arrojados por SLIDE 5.0,se realiza un analisis de estalibilidad de taludes mediante el metodo de analisisde talud infinito descrito anteriormente. Para el analisis se tienen en cuenta las

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Figura 5.8: Presentacion de resultados del programa de computadora SLIDE 5.0de Rocscience.

dos variantes del nivel de aguas freaticas que presenta el metodo. Teniendo comoobejtivo la simplificacion de los calculos de este metodo se hizo uso de hojas decalculo de Excel de Microsoft Office 2007.

Posteriormente se realizara una comparacion de los resultados entre estosdos metodos.

Analisis de Sensibilidad del Factor de Seguridad FS

Se realizo un analisis de sensibilidad del factor de seguridad variando losparametros de cohesion C y angulo de friccion interna φ, para cada una de las 4condiciones del nivel de aguas freaticas NAF consideradas en el numeral anterior,con el fin de obtener un conjunto de parejas de valores de estos parametros queconducen a un factor de seguridad FS = 1.0.

Los valores de los parametros de resistencia al corte considerados varianası: C = { 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 } kN/m2; φ = { 15 ◦, 20 ◦, 25 ◦, 30 ◦, 35 ◦ }.

Para dar inicio al analisis se fijaron las caracterısticas del talud menciona-das anteriormente, tales como geometrıa original del talud, estratificacion, super-ficie de falla, sobrecargas y accion sısmica, variando los parametros de cohesion Cy angulo de friccion φ para cada una de las posiciones del nivel de aguas freaticas

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NAF, como se describieron anteriormente.

Como se puede observar hay que calcular 35 factores de seguridad por cadauno de los niveles de aguas freaticas NAF, lo que significa que hay que calcular150 factores de seguridad en total.

A continuacion se describe el proceso que se utilizo en las dos herramientautilizadas para la obtencion de los factores de seguridad, seguido de los resultadosarrojados por estos.

1. Talud Infinito

El metodo de talud infinito es uno de los metodos de estabilidad de taludesque usan abacos que simplifican de forma radical los calculos de estabilidadde taludes. Para analizar el deslizamiento de la Iglesia del Barrio El Guamalhay que tener en cuenta que el metodo de el talud infinito se puede analizardos tipos de condiciones que son: Taludes en material granular, donde elmecanismo de falla crıtico es deslizamiento superficial o rodadura y taludesen suelo residual, donde una capa relativamente delgada de suelo suprayacesuelo firme o roca, y el mecanismo de falla crıtico es de deslizamiento a lolargo de un plano paralelo al talud, en la parte superior del suelo firme.De este modo el deslizamiento de la Iglesia del Barrio El Guamal poseelas caracterıstica de la segunda condicion en donde los Suelos Residualesse caracterizan por ser suelo residual y el suelo de Formacion Casabiancasuele ser mas firme que la anterior.Ahora el talud a analizar puede presentar dos caracteristicas adicinales queson: Afloramiento de agua sobre la superficie del talud y flujo de agua pa-ralelo a la superficie del talud. Se analizara el deslizamiento de la Iglesiadel Barrio El Guamal en ambas condiciones. Se recuerda que este procesose realizo con ayuda de hojas de calculo de Microsoft Office Excel 2007.

Afloramiento de agua sobre la superficie del talud Los calcu-los realizados en esta hoja de calculo de Microsoft Office Excel 2007fueron realizados paso a paso con el fin de ilustrar el procedimientopara hallar el calculo del factor de seguridad FS mediante el metodode talud infinito, descrito minusiosamente en apartados enteriores. Ladisposicion de las columnas se explicara a continuacion:Columna A: Numero de Factor de Seguridad FS, Columna B :Numero de la pareja Cohesion C - Angulo de friccion φ por cada esce-nario del NAF, Columna C : Angulo de friccion interna φ, ColumnaD : Cohesion C en Ton/m2, Columna E : Peso Unitario del Agua en

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Ton/m3, Columna F : Peso Unitario Total de Suelo en ton/m3, Co-lumna G: Angulo de afloramiento del nivel de agua freaticas NAF θ,Columna H : Angulo de inclinacion del talud respecto a la horizontalβ, Columna I : Cotangente del angulo de inclinacion del talud respec-to a la horizontal b, Columna J : Factor ru, definido anteriormente,Columna K : Profundidad registrada del estrato superior z, Colum-na L: Factor A definido anteriormente, Columna M : Factor B de-finido enteriormente, Columna N : Aceleracion Sısmica, ColumnaO : Factor de Seguridad sin la influencia de la aceleracion sısmica, Co-lumna P : Factor de Seguridad con influencia de la aceleracion sısmi-ca, Columna Q : Division por cada angulo de afloramiento del NAF θ.

En la Figura 5.9 se da una idea de la hoja de calculo, que estara dispo-nible en los Anexos en medio magnetico. Los resultados de este procesose mostraran y analizaran en items posteriores.

Figura 5.9: Hoja de calculo Microsoft Office Excel 2007 Afloramiento de aguasobre la superficie del talud deslizamiento de la Iglesia del Barrio El Guamal.

Flujo de agua paralelo a la superficie del talud Aquı se siguenpaso a paso los calculos planteados por Duncan & Buchignani en el ano1975 para taludes con flujos de agua paralelo a la superficie del talud

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con ayuda de hojas de calculo. A continuacion se detalla las columnasque se tuvieron en cuenta para los calculos de el factor de seguridadFS.Columna A: Numero de Factor de Seguridad FS, Columna B :Numero de la pareja Cohesion C - Angulo de friccion φ por cada esce-nario del NAF, Columna C : Angulo de friccion interna φ, ColumnaD : Cohesion C en Ton/m2, Columna E : Peso Unitario del Agua enTon/m3, Columna F : Peso Unitario Total de Suelo en ton/m3, Co-lumna G: Angulo de inclinacion del talud respecto a la horizontal β,Columna H : Cotangente del angulo de inclinacion del talud respec-to a la horizontal b, Columna I : Factor ru, definido anteriormente,Columna J : Profundidad registrada del estrato superior z, Colum-na K : Altura aparente del nivel de aguas freaticas respecto al espesorreal del estrato x, Columna L:Altura real del nivel de aguas freaticasrespecto al espesor real del estrato X,Columna M : Espesor real delestrato de suelo T, Columna N : Factor A definido anteriormente,Columna O : Factor B definido enteriormente, Columna P : Acele-racion Sısmica, Columna Q : Factor de Seguridad sin la influencia dela aceleracion sısmica, Columna R: Factor de Seguridad con influen-cia de la aceleracion sısmica, Columna S : Division por cada escenariodel nivel de aguas freaticas NAF.

En la Figura 5.10 se da una idea de la hoja de calculo, que estara dispo-nible en los Anexos en medio magnetico. Los resultados de este procesose mostraran y analizaran en items posteriores.

2. Janbu Simplificado

Para desarrollar el modelo del deslizamiento de Iglesia Barrio El Guamalmediante el metodo de Janbu Simplificado, se realizo el analisis con ayudadel programa de computadora SLIDE 5.0 de Rocscience. Para el montajedel modelo se tuvieron en cuenta las caracterısticas geometricas, de estra-tificacion, sobrecarga y acelracion sısmica que se describen posteriormente.Hay que resaltar una de las caracterısticas mas utiles de este software, quees la compatibilidad con extensiones relacionadas con Autocad, lo que faci-lita la creacion de la geometrıa del talud. El uso del software es realmentesencillo gracias a la ayuda de los tutoriales que se presentan en su paginaoficial. En la figura 5.11 podremos ver como se presentan los resultados eneste util programa de computadora.

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Figura 5.10: Hoja de calculo Microsoft Office Excel 2007 Flujo de agua paraleloa la superficie del talud deslizamiento de la Iglesia del Barrio El Guamal.

Figura 5.11: Presentacion de resultados del programa de computadora SLIDE 5.0de Rocscience.

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Capıtulo 6

Metodologıa

6.1. Deslizamiento Barrio Villa Kempis

6.1.1. Antecedentes

No se presentaron antecedentes recientes relacionados con la estabilidadde esta ladera antes del Movimiento en Masa.

6.1.2. Mecanismo de Falla

El deslizamiento de Barrio Villa Kempis presenta caracterısticas de unmovimiento en masa de tipo Traslacional, comunmente presentados en zonas deambientes tropicales, con suelos residuales, regimen hidrologico complejo, la hu-medad ambiental y la temperatura, la geologıa, la topografıa escarpada y demasfactores ambientales, peculiaridades presentes en nuestro medio. En la Figura 6.3se puede observar las singularidades presentes en el talud ulteriormente de la fa-lla como forma concava en la corona del mismo, forma paralela o semi-paralelaa la superficie previa a la falla, etc. Este movimiento en masa se presenta con eldesplazamiento relativo del estrato de suelo de Depositos de Caıda Piroclastica(Qcp) sobre suelos de la Formacion Casabianca (Tcsb).

Teniendo en cuenta el reportaje realizado por Martha Lucıa Gomez delPeriodico La Patria de la ciudad de Manizales, titulado La montana de VillaKempis se desmorona, publicado en Diciembre 11 de 2011. Este artıculo describeque la presencia de sobrecarga en la corona del talud, entre viviendas y bodegasde almacenamiento liviano, ademas de la ruptura de un tubo de aguas negras enla zona desencadeno el movimiento en masa.

Con esta resena podemos analizar lo que en ocurrio en su interior. La rup-tura de el tubo de aguas negras saturo el suelo, lo que posibilito la salida delaire de los poros destruyendo la tension superficial y reduciendo la cohesion de la

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masa. Simultaneamente el agua de los poros entra bajo presion y trata de apartarlos granos individuales, disminuyendo la friccion interna del material. Ası mismola sobrecarga ejercida por la viviendas y bodegas aumento la fuerza desestabi-lizadora que en combinacion con la disminucion de los parametros resistentesconllevo al desencadenamiento de la falla.

6.1.3. Geometrıa previa a la falla

Para determinar la geometrıa previa a la falla del talud, se hizo uso decartografıa de la ciudad de Manizales IGAC 2004 en escala de 1:2.000, con unintervalo entre curvas de nivel igual a 2 m. En la Figura 6.1 se puede observar lafotografıa del deslizamiento y el perfil medio del talud previo a la falla, el cualfue elegido como perfil de analisis gracias a poseer el mayor volumen de suelo quese desplazo en el evento de falla, ideal para posterior modelado.

Figura 6.1: Modelo para Analisis Retrospectivo Deslizamiento Barrio Villa Kem-pis.

90

6.1.4. Materiales Involucrados

En la Figura 6.2 se presenta la disposicion estratigrafica original de losmateriales involucrados en el deslizamiento, compuesta por suelos de Depostios deCaida Piroclastica (Qcp) en color azul claro y suelos de la Formacion Casabianca(Tcsb) en color naranja claro.

Figura 6.2: Estatigrafıa del Talud Deslizamiento Barrio Villa Kempis.

En el cuadro 6.1 se presenta un resumen de las propiedades geotecnicas delos Depositos de Caida Piroclastica, material que fallo en el deslizamiento.

6.1.5. Sobrecargas

Las sobrecargas presentes sobre el talud original antes del deslizamiento,son representadas por las viviendas y las bodegas ubicadas en la corona de mismo,afectando de este modo dos viviendas y una bodega. Para la realizacion del modelose considero una sobrecraga de 50kN

m2 , por considerarse casa de 1 y 2 niveles ademas

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Ensayo Valor Prome-dio

Valor Prome-dio

Clasificacin SM-SC MHHumedad 31.1 % 45.4 %Limite liquido 39.3 % 51.5 %Limite Plastico 27.4 % 33.4 %

Indice de plasticidad11.9 % 18.1 %

Peso unitario seco 1.324 Ton/m3 1.169 Ton/m3

Peso unitario humedo 1.734 Ton/m3 1.700 Ton/m3

Compresion inconfina-da

6.4 Ton/m2 4.3 Ton/m2

Cohesion *0.3 Kg/cm2 *0.2 Kg/cm2

Angulo de friccion*33 ◦ *31 ◦

Resistencia al corte nodrenada

5.3 Ton/m2 5.3 Ton/m2

Cuadro 6.1: Resumen Propiedades Depositos Caıda Piroclastica.

de bodegas de almacenamiento pesado. A continuacion se detallan las cargas vivasy muertas incluidas en el calculo de la sobrecarga. Debe tener en cuenta que estoscalculos son realizados con base en la Norma Sismo Resistente vigente NSR-10.

Cargas Muertas En este item se tiene en cuenta el Tıtulo B de la Norma SismoResistente vigente NSR− 10.

Viviendas

Mortero de pega : 0,025m ∗ 2400 kgm3 = 60 kg

m2 (Tabla B.3.2-1)

Piso : 110 kgm2 (Tabla B.3.4.1-3)

Losa de Concreto : 0,20m ∗ 2400 kgm3 = 480 kg

m2 (Tabla B.3.4.1-3)

Cielo Raso : 25 kgm2 (Tabla B.3.4.1-1)

Cubierta Corrugada :20 kgm2 (Tabla B.3.4.1-4)

Muros : 380 kgm2 (Tabla B.3.4.2-4)

Ventanas : 45 kgm2 (Tabla B.3.4.2-5)

Bodegas

Piso : 150 kgm2 (Tabla B.3.4.1-3)

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Mortero de pega : 0,05m ∗ 2400 kgm3 = 120 kg

m2 (Tabla B.3.2-1)

Cubierta : 40 kgm2 (Tabla B.3.4.1-4)

Recubrimiento Muro : 80 kgm2 (Tabla B.3.4.2-1)

Muros : 330 kgm2 (Tabla B.3.4.2-4)

Ventanas : 45 kgm2 (Tabla B.3.4.2-5)

Losa de Concreto : 0,30m ∗ 2400 kgm3 = 720 kg

m2 (Tabla B.3.4.1-3)

Cargas Vivas En este item se tiene en cuenta el Tıtulo B de la Norma SismoResistente vigente NSR− 10.

Viviendas

Residencial : 180 kgm2 (Tabla B.4.2.1-1)

Bodegas

Almacenamiento Liviano : 600 kgm2 (Tabla B.4.2.1-1)

Mayoracion Se tomo la mayoracion del Metodo de la Resistencia de la NormaSismo Resistente vigente NSR− 10

S = 1,2(D) + 1,6(L) (6.1)

Donde:S : Sobrecarga.L : Sumatoria Cargas Vivas.D : Sumatoria Cargas Muertas.

Reemplazando:

S = 1,2(2155kg

m2) + 1,6(1380

kg

m2) (6.2)

S = 4794kg

m2(6.3)

S ≈ 5000kg

m2(6.4)

S = 50kN

m2(6.5)

En la Figura 6.3 se puede observar parte la disposicion de la sobrecarga,que quedo despues del deslizamiento.

93

Figura 6.3: Disposicion de sobrecarga despues del deslizamiento Barrio Villa Kem-pis.

6.1.6. Aceleracion Sısmica

Para el analisis del modelo del deslizamiento del Barrio Villa Kempis setuvo en cuenta una aceleracion de 0.09 veces la gravedad, con el fin de representarla vibracion desarrollada por el transito vehicular en la va ubicada el pata deltalud ademas de sismos menores.

6.1.7. Metodologıa de Analisis

Para el analisis de estabilidad del deslizamiento del Barrio Villa Kempis setuvieron en cuenta las condiciones topograficas, geologicas, geotecnicas, de sobre-cargas, niveles freaticos, aceleracion sısmica que se mencionan en este capıtulo.Ademas de las condiciones propias del talud antes y despues de la falla, se tu-vieron en cuenta el mecanismo de falla que se describio anteriormente. Con estoselementos basicos de analisis, se desarrollo el Metodo de Talud Infinito propues-to por Duncan en el ano de 1987 y el Metodo de Janbu Simplificado, con lasherramientas de calculo antes mencionadas.

Se plantea mediante el Metodo de Talud Infinito un analisis para movi-mientos en masa de tipo traslacional, el cual se ajusta bastante bien a las carac-

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terısticas del Talud de Villa Kempis, variando los niveles de aguas freaticas desdela superficie de falla hasta la superficie del talud antes del movimento en masa. Sedebe tener en cuenta que este metodo no tiene en cuenta la topografıa del TaludOriginal.

Con el fin tener unos datos mas acordes con la realidad y poder compararloscon el Metodo de Talud Inifnito, se desarrollo el modelo del Deslizamiento delBarrio Villa Kempis con el software computacional SLIDE 5.0 de Rocscience. Eneste modelo se proyecta un analisis de falla circular, con las caracterısticas realesde topografıa, geologıa, propiedades geotecnicas, sobrecarga y niveles freaticosmediante el Metodo de Janbu Simplificado.

Mediante ensayo y error, se procede a variar los parametros de resistenciadel suelo con el fin identificar las parejas de Cohesion C y Angulo de Friccion φ,mas cercanos a los obtenidos en laboratorio y que arrojen posteriormente a loscalculos un Factor de Seguridad ≤ 1, que respresenta la falla del talud.

Al cotejar la pareja mas razonable encontrada de Cohesion C y Angulo deFriccion φ con las propias del suelo obtenidas en laboratorio, se puede calcularla reduccion que se obtuvo en los parametros de resistencia en porcentaje, lo quepueda indicar el grado de reduccion que se presento el talud al momento de lafalla.

6.1.8. Niveles Freaticos

Para realizar el Analisis de Retrospectivo del deslizamiento del Barrio VillaKempis se definieron 4 diferentes escenarios de presiones de poros presentados enla Figura 6.4 . Las 4 condiciones del NAF parten del contacto entre los Deposi-tos de Caida Piroclastica (Qcp) y suelos de la Formacion Casabianca (Tcsb),separadas cada dos metros hasta llegar a la superfıcie del talud original.

Estas cuatro condiciones consideran el talud con ausencia de NAF hastaestar totalmente saturado, las condiciones mas posibles que pudo haberse presen-tado antes de ocurrir el deslizamiento.

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Figura 6.4: Condiciones consideradas para el nivel de aguas freaticas, NAF Des-liamiento Barrio Villa Kempis.

6.2. Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal

6.2.1. Antecedentes

No se presentaron antecedentes recientes relacionados con la estabilidadde esta ladera antes del Movimiento en Masa.

6.2.2. Mecanismo de Falla

El Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal es tipificado como un movimien-to en masa de tipo Planar. Este tipo de movimientos en masa son muy frecuentesen zonas tropicales que presentan caracterısticas tales como: suelos residuales,regimen hidrologico complejo, humedad ambiental alta, temperatura variable, lageologıa, la topografıa escarpada y demas factores ambientales caracterıstico denuestro medio. En la Figura 6.7 podemos observar la superficie de falla es rectaen las zonas bajas y medias del deslizamiento, pero dada la gran profundidad delestrato deslizado, cerca de la corona, la superficiecie adquiere una forma mas omenos circular. El movimiento se presento cuando el estrato de Suelo Residual de

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la Formacion Casabianca (Qs) se deslizo sobre suelos de la Formacion Casabianca(Tscb).

Citando el reportaje realizado por la periodista del diario La Patria deManizales, Martha Lucıa Gomez, nos indica que gracias a las fuertes lluvias pre-sentadas en la noche del dıa 2 de Abril de 2011 produjo varios deslizamiento einundaciones en la ciudad de Manizales, entre ellos el Deslizamiento Iglesia BarrioEl Guamal.

Considerando lo expuesto en el artıculo podemos analizar los factores quedesencadenaron el deslizamiento del Barrio El Guamal. Las altas intensidadesde lluvia permiten la concentracion desfavorable de las aguas subsuperficiales,generada por la forma de la ladera. Las aguas subsuperficiales se concentraronen la parte central concava de la ladera y se acumulan en las zonas bajas dedichas microcuenca, donde comunmente existe un estrechamiento. En la zona dela cancha de microfutbol se presenta humedad gracias a las losas de concreto queno permiten la evaporacion del agua subsuperficial pero si permiten la infiltracionde aguas lluvias, ademas el ascenso capilar posibilita la saturacion del suelo. Lasaturacion del estrato de suelo facilita la salida del aire de los poros destruyendola tension superficial y reduciendo la cohesion de la masa. Simultaneamente elagua de los poros entra bajo presion y trata de apartar los granos individuales,disminuyendo la friccion interna del material.

6.2.3. Geometrıa original del Talud

Para determinar la geometrıa previa a la falla del talud, se hizo uso decartografıa de la ciudad de Manizales IGAC 2004 en escala de 1:2.000, con unintervalo entre curvas de nivel igual a 2 m. En la Figura 6.8 se puede observar elperfil medio del talud previo a la falla, el cual fue elegido como perfil de analisisgracias a poseer el mayor volumen de suelo que se desplazo en el evento de falla,ideal para posterior modelado.

6.2.4. Materiales Involucrados

En la Figura 6.9 se presenta la disposicion estratigrafica original de losmateriales involucrados en el deslizamiento, compuesta por Suelos Residuales encolor naranja claro y suelos de la Formacion Casabianca (Tcsb) en color azulclaro.

En el cuadro 6.2 se presenta un resumen de las propiedades geotecnicasde los Depositos de flujos de la Formacion Casabianca, material que fallo en eldeslizamiento.

97

Figura 6.5: Modelo para Analisis Retrospectivo Deslizamiento Iglesia Barrio ElGuamal.

6.2.5. Sobrecargas

En la Figura 6.10 se puede observar que la unica sobrecarga en el talud,respresentada por una cancha de microfutbol ubicada en la corona del mismo.Esta sobrecarga es muy pequena pero se tiene en cuenta en el desarrollo del mo-delo con una magnitud de 2,16kN

m2 obtenida de la multiplicacion entre la densidaddel concreto reforzado y el espesor de la losa de concreto mediante la aplicacionde la siguiente formula basica:

S = (ELC) ∗ (γC) ∗ (TLLC) (6.6)

Donde:

98

Figura 6.6: Estatigrafıa del Talud Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal.

S : Sobrecarga.ELC : Espesor Tıpico losa de concreto.γC : Peso Unitario del concreto Resforzado. (NSR 10, Tabla B.3.2-1)TLLC : Longitud total de losas que componen la cancha en sentido longitudinal.

Reemplazando:

S = (0,09m) ∗ (2,4ton

m3) ∗ (10m) = 2,16

ton

m2= 21,6

kN

m2(6.7)

El peso de la sobrecarga de la cancha del barrio el guamal queda definida como21,6 kilo-newtons por metro de profundidad del talud.

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Ensayo Valor Prome-dio

Clasificacion MHHumedad 42.9 %Lımite Lıquido 59.6 %Lımite Plastico 32.3 %

Indice de plasticidad27.3 %

Peso unitario seco 1.30 Ton/m3

Peso unitario humedo 1.75 Ton/m3

Compresion inconfina-da

16.2 Ton/m2

Cohesion 0.43 Kg/cm2

Angulo de friccion31 ◦

Cuadro 6.2: Resumen Propiedades Deposito de flujos de Formacion Casabianca.

6.2.6. Aceleracion Sismica

Para el analisis del modelo del deslizamiento de la Iglesia Barrio El Gua-mal se tuvo en cuenta una aceleracion de 0.09 veces la gravedad, con el fin derepresentar la vibracion desarrollada por el transito vehicular en la va ubicada elpata del talud ademas de sismos menores.

6.2.7. Metodologıa de Analisis

Para el analisis de estabilidad del deslizamiento de la Iglesia Barrio ElGuamal se tuvieron en cuenta las condiciones topograficas, geologicas, geotecni-cas, de sobrecargas, niveles freaticos, aceleracion sısmica que se mencionan eneste capıtulo. Ademas de las condiciones propias del talud antes y despues de lafalla, se tuvieron en cuenta el mecanismo de falla que se describio anteriormente.Con estos elementos basicos de analisis, se desarrollo el Metodo de Talud Infinitopropuesto por Duncan en el ano de 1987 y el Metodo de Janbu Simplificado, conlas herramientas de calculo antes mencionadas.

Se plantea mediante el Metodo de Talud Infinito un analisis para movi-mientos en masa de tipo traslacional, el cual se ajusta bastante bien a las carac-terısticas del Talud de Villa Kempis, variando los niveles de aguas freaticas desdela superficie de falla hasta la superficie del talud antes del movimento en masa. Sedebe tener en cuenta que este metodo no tiene en cuenta la topografıa del Talud

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Figura 6.7: Disposicion de sobrecarga despues del deslizamiento Iglesia Barrio ElGuamal.

Original.Con el fin tener unos datos mas acordes con la realidad y poder compararlos

con el Metodo de Talud Inifnito, se desarrollo el modelo del Deslizamiento delBarrio Villa Kempis con el software computacional SLIDE 5.0 de Rocscience. Eneste modelo se proyecta un analisis de falla circular, con las caracterısticas realesde topografıa, geologıa, propiedades geotecnicas, sobrecarga y niveles freaticosmediante el Metodo de Janbu Simplificado.

Mediante ensayo y error, se procede a variar los parametros de resistenciadel suelo con el fin identificar las parejas de Cohesion C y Angulo de Friccion φ,mas cercanos a los obtenidos en laboratorio y que arrojen posteriormente a loscalculos un Factor de Seguridad ≤ 1, que respresenta la falla del talud.

Al cotejar la pareja mas razonable encontrada de Cohesion C y Angulo deFriccion φ con las propias del suelo obtenidas en laboratorio, se puede calcularla reduccion que se obtuvo en los parametros de resistencia en porcentaje, lo quepueda indicar el grado de reduccion que se presento el talud al momento de lafalla.

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6.2.8. Niveles Freaticos

Para realizar el Analisis de Retrospectivo del deslizamiento Iglesia del Ba-rrio El Guamal se definieron 4 diferentes escenarios de presiones de poros presen-tados en la Figura 6.11 . Las 4 condiciones del NAF parten del contacto entre elSuelo Residual y suelos de la Formacion Casabianca (Tcsb), separadas cada dosmetros hasta llegar a la superfıcie del talud original.

Estas cuatro condiciones consideran el talud con ausencia de NAF hastaestar totalmente saturado, las condiciones mas posibles que pudo haberse presen-tado antes de ocurrir el deslizamiento.

Figura 6.8: Condiciones consideradas para el nivel de aguas freaticas, NAF des-lizamiento Iglesia Barrio El Guamal.

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Capıtulo 7

Resultados

7.1. Deslizamiento Barrio Villa Kempis

A continuacion se presentan los resultados obtenidos de los analisis deEstabilidad del deslizamiento del Barrio Villa Kempis, primero por el Metodo deTalud Infinito y posteriormente el Metodo de Jambu Simplificado. Los calculoscompletos de cada uno de los metodos se encuentran en los anexos en mediomagnetico.

7.1.1. Resultados Metodo de Talud Infinito DeslizamientoBarrio Villa Kempis

Como ya se indico anteriormente el Metodo de Talud Infinito calcula elfactor de seguridad para un talud con caracterısticas de movimiento en masade tipo planar, teniendo en cuenta las caracterısticas descritar en el mecanismode falla del Deslizamiento del Barrio Villa Kempis. Las graficas expuestas en laFigura 7.1 muestran el universo de variaciones para los parametros de resistenciaque se tuvieron en cuenta para la eleccion de la pareja mas razonable de CohesionC y Angulo de Friccion φ que se presento en el momento de la falla, para eldeslizamiento.

En la tabla numero uno de la Figura 7.1, perteneciente al talud en con-diciones secas, se logra contemplar que el valor mınimo del Factor de Seguridadesta cercano a 0.30 con valores de 15 ◦ y 0 Ton/m2 de Angulo de Friccion y Cohe-sion respectivamente. Igualmente se vislumbra que el valor mas alto del Factorde Seguridad esta cercano a 1.40 con valores de 35 ◦ y 6 Ton/m2 de Angulo deFriccion y Cohesion respectivamente. Se puede analizar que en seco el talud seencuentra con unas particularidades inclinadas a la desestabilidad.

En la tabla numero dos de la Figura 7.1, perteneciente al talud en con-diciones del Nivel de Aguas Freaticas a dos metros de la superficie de falla, se

103

observa la disminucion de los parametros de resistencia al reflejarse en el Factorde Seguridad. La disminucion del menor Factor de Seguridad es del orden dee17 % y del mayor Factor de Seguridad en 7.30 %.

Al seguir aumentando los valores de la altura del Nivel de Aguas Freaticas,los Factores de Seguridad se ven realmente afectados. Por consiguiente se puedeextraer de la tabla numero 4 de la Figura 7.1, que solo una pareja de Cohesion Cy Angulo de Friccion φ, 6 Ton/m2 y 35 ◦ respectivamente, mantienen el talud encondiciones estables con el NAF a 4 metros de la superficie de falla. Parametrosde resistencia bastante altos.

7.1.2. Resultados Metodo Janbu Simplificado Deslizamien-to Barrio Villa Kempis

El Metodo de las tajadas propuesto por Janbu se desarrollo en el programacomputacional SLIDE 5.0 de Rocsciense, con el fin de buscar la pareja de CohesionC y Angulo de Friccion φ mas cercana por debajo, a los valores encontrados enel laboratorio para los suelos del Deslizamiento del Barrio Villa Kempis, quearrojen un Factor de Seguridad menor o igual a uno. Recordemos que se tuvieronen cuenta todos los elementos y caracterısticas de el deslizamiento para montar elmodelo tales como topografıa, geologıa, propiedades geotecnicas, niveles freaticos,sobrecargas, y superficie de falla. El proceso de descubrir la pareja de resistenciamas prudente, se realizo mediante un proceso de ensayo y error ajustando losparametros de resistencia a la realidad y a las caracteristicas del deslizamientoque ya ocurrio. En la Figura 5.8 podemos observar la ventana de interpretacionde resultados de SLIDE 5.0.

Los resultados arrojados mediante esta metodologıa estan consignados enel cuadro 7.1. Esta es quiza la tabla mas importante del analisis realizado para eldeslizamiento del Barrio Villa Kempis puesto que estos parametros de resistenciason coherentes y ademas se encuentran muy cercanos a los obtenidos en el labo-ratorio, presentando una disminucion, que se esperaba desde un principio graciasa las condiciones en que se presento el deslizamiento.

De este modo el Deslizamiento Barrio Villa Kempis fallo con 2.31 Ton/m2

para la Cohesion y 29 ◦ para el Angulo de Friccion.

7.2. Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal

A continuacion se presentan los resultados obtenidos de los analisis deEstabilidad del deslizamiento de Iglesia Barrio El Guamal, primero por el Metodode Talud Infinito y posteriormente el Metodo de Jambu Simplificado. Los calculoscompletos de cada uno de los metodos se encuentran en los anexos en medio

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Cohesion C Angulo deFriccion φ

Factor deSeguridadFS

Propiedades Obte-nidas en Laborato-rio

3 Ton/m2 30 ◦ 1.119

Propiedades Obte-nidas por AnalisisRetrospectivo

2.31 Ton/m2 29 ◦ 0.995

Porcentaje de Re-duccion

24 % 3 % 11.08 %

Cuadro 7.1: Resultados Pareja Cohesion C y Angulo de Friccion φ por AnalisisRetrospectivo Deslizamiento Barrio Villa Kempis.

magnetico.

7.2.1. Resultados Metodo de Talud Infinito DeslizamientoIglesia Barrio El Guamal

Como ya se indico anteriormente el Metodo de Talud Infinito calcula elfactor de seguridad para un talud con caracterısticas de movimiento en masa detipo planar, teniendo en cuenta las caracterısticas descritar en el mecanismo defalla del Deslizamiento de la Iglesia del Barrio El Guamal. Las graficas expues-tas en la Figura 7.2 muestran el universo de variaciones para los parametros deresistencia que se tuvieron en cuenta para la eleccion de la pareja mas razonablede Cohesion C y Angulo de Friccion φ que se presento en el momento de la falla,para el deslizamiento.

En la tabla numero uno de la Figura 7.2 podemos observar que los valoresarrojados por el calculo de los Factores de Seguridad son bastante estables, esdecir, un gran porcentaje esta por encima o cercano al valor de 1.0 lo que nosindica un buen comportamiento del talud en condiciones secas. El valor mas altode Factor de seguridad es cercano a 2.5 y como mınimo de 0.40

En la tabla numero dos de la Figura 7.2, perteneciente al nivel de aguasfreaticas a dos metros de la superficie de falla, se percibe el efecto el efecto delagua dentro de la masa de suelo. Los valores de Factores de Seguridad siguensiendo realmente altos, presentando como valor maximo un Factor de Seguridadalrededor de 2.4 y el mınimo de 0.30.

En las tablas 3 y 4 de la Figura 7.2, siguen el mismo comportamiento visto

105

en las tablas 1 y 2 lo que nos permite concluir que segun este metodo el taludse encuentra en muy buenas condiciones, lo que hace pensar que algo que estafallando. Ası que debemos corroborar estos resultados con otra herramienta, ennuestro caso con el Metodo de Janbu Simplificado.

7.2.2. Resultados Metodo Janbu Simplificado Deslizamien-to Iglesia Barrio El Guamal

El Metodo de las tajadas propuesto por Janbu se desarrollo en el programacomputacional SLIDE 5.0 de Rocsciense, con el fin de buscar la pareja de CohesionC y Angulo de Friccion φ mas cercana por debajo, a los valores encontrados enel laboratorio para los suelos del Deslizamiento del Barrio Villa Kempis, quearrojen un Factor de Seguridad menor o igual a uno. Recordemos que se tuvieronen cuenta todos los elementos y caracterısticas de el deslizamiento para montar elmodelo tales como topografıa, geologıa, propiedades geotecnicas, niveles freaticos,sobrecargas, y superficie de falla. El proceso de descubrir la pareja de resistenciamas prudente, se realizo mediante un proceso de ensayo y error ajustando losparametros de resistencia a la realidad y a las caracteristicas del deslizamientoque ya ocurrio. En la Figura 5.8 podemos observar la ventana de interpretacionde resultados de SLIDE 5.0.

Los resultados arrojados mediante esta metodologıa estan consignados enel cuadro 7.2. Esta es quiza la tabla mas importante del analisis realizado parael Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal puesto que estos parametros de resis-tencia son coherentes y ademas se encuentran muy cercanos a los obtenidos enel laboratorio, presentando una disminucion, que se esperaba desde un principiogracias a las condiciones en que se presento el deslizamiento.

De este modo el Deslizamiento Barrio Iglesia Barrio El Guamal fallo con3.26 Ton/m2 para la Cohesion y 30 ◦ para el Angulo de Friccion.

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Cohesion C Angulo deFriccion φ

Factor deSeguridadFS

Propiedades Obte-nidas en Laborato-rio

4.3 Ton/m2 31 ◦ 1.279

Propiedades Obte-nidas por AnalisisRetrospectivo

3.26 Ton/m2 30 ◦ 0.992

Porcentaje de Re-duccion

24 % 3 % 22.43 %

Cuadro 7.2: Resultados Pareja Cohesion C y Angulo de Friccion φ por AnalisisRetrospectivo Deslizamiento Iglesia Barrio El Guamal.

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Figura 7.1: Variacion de FS respecto a φ, con 4 condiciones del NAF, para elDeslizamiento Barrio Villa Kempis.

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Figura 7.2: Variacion de FS respecto a φ, con 4 condiciones del NAF, para elDeslizamiento Iglesia Barrio El Guamal.

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Parte IV

Discusiones y Conclusiones

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Conclusiones

A continuacon se presentan las conclusiones mas relevantes de este manus-crito, y que pueden ser de gran ayuda para posibles estudios relacionados con eltema tratado aquı.

Los elementos necesarios para poder realizar un Analisis Retrospectivo deFallas son: la topografiıa de talud a analizar, su geologıa, las propiedadesgeotecnicas, sobrecargas presentes en el talud, intensidad de lluvias presen-tes en los ultimos meses, niveles freaticos, afloramientos de agua, factoresantropicos y mecanismos de falla, espesor de la masa desplazada. Estos fac-tores son de gran importancia, ası que se les debe prestar la mayor atencionposible, con un buen manejo y aplicabilidad.

Los elementos basicos para iniciar un Analisis Retrospectivo no siempre seconservan, es decir, varian con el tiempo. Ası los parametros resistenes de losestratos de suelo cambian con el tiempo por diferentes factores, tales comoincremento de presiones hidrostaticas, sobrecargas presentes en el terreno,cortes en la pata del talud, sobrepastoreo, erosion hıdrica, etc. Son factoresque se deben tener en cuenta a la hora del analisis para contar con lainformacion mas precisa a ingresar al modelo del talud en estudio y arrojardel mismo modo unos resultados cercanos a la exactitud. Recordemos quesi ingresamos basura en nuestro modelo computacional el arrojara el mismotipo de informacion.

Tener en cuenta las caracterısticas de la falla es de gran importancia a lahora de iniciar cualquier tipo de analisis estabilidad, ya que este nos puedefacilitar la eleccion del metodo a usar para finalizar nuestros objetivos, conresultados de gran calidad y confianza.

El conocmiento del mecanismo de falla del talud a analizar es fundamentalpara tener convergencia de los metodos a utilizar, de este modo podremosacercar bastante bien las propiedades de nuestro modelo a la realidad ob-teniendo resultados de gran calidad y confianza.

111

El Metodo de Talud Infinito es un buen procedimiento de analisis primariode movimientos en masa de tipo traslacional, ya que este modelo no tieneen cuenta los lımites de la ladera, por ello en su nombre la palabra infinito,puesto que no sabemos cuales son las dimensiones de la ladera en cualquierdireccion arrojando resultados poco confiables. Ademas no tiene en cuentalas sobrecargas presentes en el talud, lo cual es de vital importancia pararecrear los incrementos de esfuerzos presentes sobre la ladera. Para teneruna mayor presicion a la hora del analisis es recomendable otro tipo demetodo para poder representar mejores resultados y comparalos con estemetodo.

El Metodo de las tajadas de Janbu analiza bastante bien fallas circulares,que a diferencia del Metodo de Talud Infinito, si tiene en cuentra rigu-rosamente la topografıa de la ladera a analizar ademas de la estratigrafıapresente en esta. Podemos ubicar la sobrecarga en donde sea util y jugar conlos niveles freaticos permitiendo la obtencion de parametros de resistenciapor ensayo y error, tıpico proceso de analisis retrospectivo de fallas.

El deslizamiento del Barrio Villa Kempis fallo con una Cohesion de 2.31Ton/m2 y un Angulo de Friccion de 29 ◦ arrojando un Factor de Seguridadigual a 0.995. Estos parametros de resistencia son realmente razonables yaque se encuentran por debajo de las propiedades obtenidas en el labrorato-rio. La Cohesion de labratorio es de 3 Ton/m2 y el Angulo de Ficcion de30 ◦, presentando una variacion en la Chesion de 23 % y en el Angulo deFriccion de 3 %, por saturacion del material por sobrecarga de viviendas ybodegas de almacenamiento liviano.

El deslizamiento de la Iglesia Barrio El Guamal fallo con una Cohesionde 3.26 Ton/m2 y un Angulo de Friccion de 30 ◦ arrojando un Factor deSeguridad igual a 0.0.992. Estos parametros de resistencia son realmenterazonables ya que se encuentran por debajo de las propiedades obtenidasen el labroratorio. La Cohesion de labratorio es de 4.3 Ton/m2 y el Angulode Ficcion de 31 ◦, presentando una variacion en la Chesion de 24 % y en elAngulo de Friccion de 3 %, por saturacion del aterial.

La falla de moviemientos en masa de tipo Traslacional generalmente fallancuando un estrato suelo residual se desplaza relativamente sobre otro estratode suelo con mayor capacidad portante, ası en el deslizamiento del BarrioVilla Kempis, los Depositos de Caıda Piroclastica se deslizo sobre los suelosde la Formacioon Casabianca y en el deslizamiento de Barrio El Guamal, losSuelos residuales de la Formacion Casabianca se desplazaron sobre suelosde la Formacion Casabianca.

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La Metodologıa de Analisis Retrospectivo es realmente util para poder te-ner bajo control los diferentes taludes cercanos a los analizados en estedocumento que presentan similares condiciones, llegando a controlar susdesplazamientos y amenazas a la comunidad.

El metodo de analisis retrospectivo constituye una herramienta eficaz enel analisis de los mecanismos que tienen lugar durante una falla de talud,en especial respecto de las propiedades de resistencia del suelo, por cuan-to, a partir de informacion conocida del terreno, se establecen parametroscomparativos que mediante iteraciones o ensayo y error, se van aproximan-do a condiciones que conducen a un probable desplazamiento de la masa.Los resultados de este analisis comparativo permitiran advertir al inves-tigador sobre los principales factores que originan la susceptibilidad a lainestabilidad y ası mismo, adoptar acciones tendientes a reducir el riesgo dedeslizamientos en areas urbanas y rurales. Este aspecto forense de la geotec-nia, tambien conlleva a generar modelos de falla concluyentes, que puedenser replicados en otras regiones bajo circunstancias geologicas y geotecnicassimilares.

La combinacion de pendientes fuertes, sobrecargas por viviendas en la co-rona de talud, redes de acueducto, infiltracion de aguas lluvia, hacen sucep-tible a las laderas a deslizamientos de grandes proporciones.

Una vez definidas las caracterısticas principales que desencadenaron la falla,en el sentido contrario al analisis, es decir, bajo una perspectiva preventiva,se pueden generar una serie de importantes recomendaciones para mantenerla condicion de estabilidad en el largo plazo.

113

Recomendaciones

A continuacion se presentan las recomendaciones que se desprenden deeste arduo trabajo.

Se recomienda inspeccionar taludes que presenten sobrecargas en la coronadel talud combinada con afloramiento de agua sobre el terreno, ademasde pendientes superiores a 66.67 %, situados sobre suelos residuales. Estosfactores son de gran importancia puesto que son los detonantes a la horadel desencadenamiento de la falla del talud.

Si se tienen valores de Cohesion de laboratorio del talud en posible riesgo,es aconsejable que si despues del Analisis Retrospectivo este se reduce enmas de 15 %, es aconsejable tomar medidas para hacer tomar su valor real,mediante el abatiemiento del nivel de aguas freaticas, ya que es el factorque mas afecta la reduccion de la Cohesion.

A la hora de realizar un Analisis Retrospectivo, hay que tener en cuenta:la topografiıa de talud a analizar, su geologıa, las propiedades geotecnicas,sobrecargas presentes en el talud, intensidad de lluvias presentes en losultimos meses, niveles freaticos, afloramientos de agua, factores antropicosy mecanismos de falla, espesor de la masa desplazada. Todos estos factoresson de suma importancia.

Se recomienda tener bastante claro el mecanismo de falla de la ladera ya quenos permite jugar con el tipo de analisis de estabilidad, es decir, podremosrealizar el proceso de ensayo y error con mas presicion ajustandolo a lascondiciones reales del terreno.

Hay que tener en cuenta que un trabajo arduo de campo contribuye efecti-vamente con el analisis realizado en la oficina puesto que define los factoresmas representativos de analisis.

Es de gran importancia conocer los comentarios y observaciones de los ha-bitantes cerca de la ladera analizada, ya que ellos pueden aportar observa-ciones que el ingeniero no tiene en cuenta por diversas razones.

114

A la hora de realizar el analisis numerico del talud a inspeccionar es reco-mendable usar mas de un Metodo de Analisis, para cotejar los resultados yası estos sean de mayor fiabilidad para el ejecutor de los analisis.

La calibracion de un modelo de analisis retrospectivo de una falla de ta-lud es compleja, toda vez que involucra una gran cantidad de parametros,por lo cual, su desarrollo debe acometerse aisladamente, para no cear engeneralizaciones. Cada caso se debe analizar por separado.

Se deben seguir generando mas analisis retrospectivos, mas detallados yen zonas con antecedentes de inestabilidad, que permitan documentar yrecomendar medidas preventivas en zonas que se consideren como de altoriesgo.

Es importante establecer una metodologıa de analisis retrospectivo estan-darizada para la zona urbana de Manizales (inmensamente afectada portaludes inestables), especialmente orientada hacia las zonas de desarrollo,que permita incluir recomendaciones geotecnicas al Plan de OrdenamientoTerritorial vigente, o en estudio de modificacion.

Proyectos urbanos de renovacion, tambien deberıan incluir analisis retros-pectivos de zonas con antecedentes de deslizamientos, con el fin de mejorarlas practicas de construccion y de estabilizacion de taludes.

115

Bibliografıa

Las siguientes publicaciones han sido utilizadas en la preparacion del pre-sente manuscrito:

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