2. Factores que determinan la inestabilidad de laderas
En términos generales se puede decir que los factores que propician los problemas de deslizamientos o de inestabilidad de laderas se dividen en internos y externos; y tienen que ver directa o indirectamente con los esfuerzos cortantes actuantes y resistentes que se desarrollan en la potencial superficie de falla o de deslizamiento. En no pocas ocasiones dichos factores se combinan, resultando difícil distinguir la influencia de cada uno de ellos durante la falla de una ladera. Es importante destacar que la inestabilidad de laderas, en general, obedece a factores condicionantes y desencadenantes. Los primeros son aquellos que evolucionan lentamente, como el relieve, la litología en su dimensión resistente, la estructura tectónica a las diversas escalas, la hidrogeología y el clima. Los factores desencadenantes varían con más rapidez, incluso instantáneamente, como en el caso de los terremotos. Las perturbaciones al entorno natural por actividades humanas, son causas que también pueden desencadenar los deslizamientos de laderas. En el Gráfico 1, se muestran los factores que determinan los movimientos de laderas.
Grafico 1. Factores condicionantes y desencadenantes (Ayala-Carcedo, F.J., 2002)
En la medida que se conozca y se entienda cómo afectan estos factores la estabilidad o inestabilidad de una ladera, se tendrán más elementos para distinguirlos en campo, evaluar el grado o la magnitud de la amenaza, promover medidas de mitigación, y de ser posible “predecir” las características del movimiento en el futuro, o en el mejor de los casos, prevenir su falla mediante la aplicación de métodos de estabilización.
Debido a que existen casos en los que es difícil distinguir cómo dichos factores afectan la estabilidad de una ladera, resulta conveniente estudiarlos por separado, y al final establecer las relaciones que entre ellos se puedan dar, y el efecto que puedan tener en el desarrollo del deslizamiento de la ladera.
3. Investigación geotécnica para identificar amenazas de deslizamientos
Siendo la litología, junto con el relieve, el factor de mayor importancia en la estabilidad de laderas, resulta imprescindible, en la evaluación del peligro de deslizamiento, la caracterización geotécnica de los materiales que componen la misma. Las características físico-mecánicas de los suelos, juegan un papel muy importante en la estabilidad de taludes y laderas, y las medidas de mitigación propuestas en la mayoría de las ocasiones, están basadas en dichas propiedades. La cuantificación tradicional del grado de seguridad ante la posible falla de una ladera, se realiza mediante la determinación del factor de seguridad, FS, tomando como criterio que cuando FS=1, la ladera está en una condición de falla inminente, de tal forma que, en la medida que el FS resulta mayor que la unidad, aunque no se conozca de manera explícita, la probabilidad de falla resultará cada vez menor.
4. Metodología de trabajo
La metodología a emplear, se basa específicamente en la toma de datos, análisis y procesamiento de información y obtención de resultados puntuales, los que pueden ser utilizados para llevar a cabo una simulación numérica de mayores dimensiones. Cada una de las pruebas geotécnicas, tanto de campo como de laboratorio, a ejecutar son detalladas.
La metodología planteada, se basa, a grandes rasgos en tres etapas globales: Etapa Inicial, Etapa de Trabajo de campo y Análisis (ensayos de laboratorio, interpretación de resultados y simulación numérica) y la Etapa final, que constituye la elaboración del informe técnico.
4.1. ETAPA INICIAL: Caracterización general del área de estudio y Planificación
La etapa inicial constituye la caracterización general de la zona de estudio. La planificación del trabajo de campo, laboratorio y gabinete, se debe basar en el análisis de la información general del área de estudio y sus alrededores, con el fin de sacar el máximo provecho de los recursos disponibles para tal fin. En este sentido se debe realizar una caracterización de la zona, considerando aspectos climáticos (análisis de catálogo de precipitaciones, variaciones de temperatura, vientos, eventos históricos), relacionados con el relieve (características orográficas), vegetación, geología de la zona, considerando las formaciones geológicas existentes, características de los materiales que las constituyen, tectonismo y sismicidad (si es el caso).
Para llevar a cabo esta caracterización general de la zona de estudio, se deben hacer uso de algunas herramientas, tales como el análisis de fotografías aéreas de la zona, análisis de mapas de relieve, mapas topográficos, entre otras. Además, se debe disponer de datos meteorológicos (pluviometría), los que deben ser tomados de dos o más estaciones meteorológicas, ubicadas dentro del área de influencia. Todo ello, enriquecido con visitas exploratorias de campo.
La delimitación del área de estudio, es derivada de la caracterización general de la zona, de acuerdo a parámetros y condiciones previamente establecidas por el objetivo general del proyecto. En este sentido, pueden ubicarse, en caso de que existan, eventos anteriores (deslizamientos existentes), los cuáles deben ser estudiados y analizados posteriormente.
Después de haber delimitado el área de estudio debe realizarse un reconocimiento de campo, con el fin de colectar datos preliminares, los que servirán para realizar una planificación de acuerdo a las condiciones reales del sitio y de esta forma optimizar los recursos disponibles para la ejecución del estudio. El reconocimiento de campo, debe estar enfocado a obtener, sin limitarse a ello, la siguiente información:
· Relieve, geomorfología y pendiente
· Litología y disposición estratigráfica del terreno
· Orientación de planos de discontinuidad
· Tipo y espesor de suelos
· Aspectos hidrogeológicos cursos de agua natural, sistema de drenaje
· Vegetación presente en las laderas y uso del suelo
· Procesos actuantes (erosivos, sísmicos, tectónicos).
·Reconocimientos de movimientos de laderas actuantes y antiguos: deslizamientos, flujos, desprendimientos.
· Ubicación de antiguos deslizamientos
· Características generales del terreno, accesibilidad de los equipos para realización de sondeos
Planificación del trabajo de campo y laboratorio
Basado en la caracterización general obtenida anteriormente, se debe realizar una planificación del trabajo de campo y laboratorio a efectuar en el área de estudio, previamente delimitada.
En caso de que hayan sido encontrados deslizamientos previamente ocurridos en la zona de estudio, se debe planificar la realización de sondeos de exploración geotécnica en dichos deslizamientos, además de la caracterización geométrica necesaria, con el fin de determinar distancias recorridas por los materiales, volumen desplazado, forma de la masa deslizada, área afectada directa e indirectamente (análisis retrospectivo).
4.2. ETAPA 2: Trabajo de Campo y Análisis geotécnico
4.2.1. Trabajo de campo
1) Análisis retrospectivo
Considerando que en la zona existen antiguos deslizamientos fácilmente identificables, estos pueden aprovecharse para estudiar los materiales que se han desplazado, incluyendo las características del movimiento, su clasificación, entre otros parámetros importantes para entender la dinámica del movimiento de laderas en la zona (análisis retrospectivo).
Al estudio de eventos ya ocurridos, se le llama “Análisis retrospectivo” y no es más que un ensayo a escala real que puede ser interpretado, analizado y obtener conclusiones significativas para comprender, incluso “predecir” futuros eventos. El análisis retrospectivo, incluye sondeos de exploración geotécnica (calicatas, SPT, sondeos manuales, entre otros), pruebas de laboratorio, procesamiento e interpretación de datos).
Básicamente, del análisis retrospectivo, se debe obtener la siguiente información:
Características geométricas del desplazamiento:
Distancia total del desplazamiento (Horizontal y vertical)
Distancia efectiva del desplazamiento
Volumen aproximado de material desplazado
Clasificación del deslizamiento
Causa probable del movimiento
Caracterización de materiales involucrados:
Descripción de los materiales (preliminar)
Clasificación de suelos
Clasificación de rocas
Determinación de propiedades mecánicas de suelos y rocas
Profundidad del nivel freático (si es posible)
Presiones intersticiales
Descripción de la pared de deslizamient0
Evaluación de criterios de estabilidad, con el fin de determinar bajo qué condiciones se produjo el deslizamiento.
2) Descripción a detalle de los sondeos propuestos
Los sondeos de exploración propuestos son los siguientes:
ü Prueba de Penetración Estándar (SPT)
ü Perforación Rotacional con Muestreo
ü Calicatas
ü Auger manuales
ü Muestreo superficial
ü Otros
A continuación se describe cada sondeo, la normativa y el alcance correspondiente
SPT y Perforación Rotacional con Muestreo
Se propone la realización de perforaciones con muestreo, los cuales serán distribuidos en el area de estudio, de acuerdo a la caracterización general y reconocimiento de campo realizado previamente en el área de estudio. El procedimiento a seguir será el método propuesto por la ASTM D 1586–99 “Standard Test Method for Penetration Test and Split-Barrel Sampling of Soils” y perforación rotatoria en roca o suelos muy densos. Además, de ser posible, se tomarán muestras inalteradas de suelo, mediante el uso de tubos shelby para ser utilizadas en el laboratorio y determinar su comportamiento mecánico ante la aplicación de cargas estáticas y dinámicas.
La toma de muestras y las pruebas de campo antes mencionadas se harán con el propósito de clasificar los suelos y determinar las características geotécnicas (propiedades físicas y mecánicas) del mismo en laboratorio.
Estos sondeos se realizarán con un equipo portátil de trípode y malacate con motor de 5.5 caballos de potencia, accesorios y aparatos mínimos requeridos por las designaciones antes mencionadas, operada por una cuadrilla experimentada y supervisados por un Ingeniero Geotécnico.
Las muestras serán almacenas en cajas de maderas, ideales para transportar este tipo de muestras, debidamente codificadas y clasificadas por procedimiento visual-manual, según designación ASTM D 2488–00 “Practice for description and Identification of Soils (Visual- Manual Procedure)”.
También se tomarán muestras para determinar el contenido de agua o porcentaje de humedad in situ, éstas se tomarán cada 0.9 de profundidad, y se almacenarán en bolsas de polietileno con cierre de seguridad tipo grip, se protegerán de la radiación directa del sol y se trasladarán a las instalaciones del laboratorio, para su posterior análisis.
La ubicación general, de cada sondeo, para la obtención de cortes transversales debe estar distribuido de la siguiente forma:
Figura 1. Ubicación de los sondeos SPT (mínimo 3 SPT/corte), para la elaboración de cortes transversales en laderas, tomando como referencia deslizamientos ya ocurridos.
La profundidad de exploración en cada sondeo, dependerá de las condiciones geotécnicas del sitio, acorde con la metodología establecida para la prueba SPT, tentativamente se propone una profundidad de exploración de 10 metros en cada sitio, sin limitarse a ello cuando las condiciones lo permitan. El objetivo principal es llegar al estrato duro, que podría actuar como superficie de deslizamiento, y caracterizar todo el suelo susceptible a deslizarse.
Se propone la realización de cuatro (4) perfiles transversales (Figura 1), distribuidos en el área de estudio, considerando los 4 sitios más críticos, o con mayor susceptibilidad a deslizamieno.
Calicatas, auger manuales y muestreo superficial
La realización de calicatas, exploración con auger manuales y muestreo superficial, está encaminado a caracterizar el suelo en los estratos más superficiales. El alcance de los mismos en profundidad, como máximo, es limitado a 5 metros, y solamente es útil para obtener muestras de suelo, y no como en el caso de SPT, que brinda información adicional (número de golpes) muy importante para el análisis mecánico de los suelos en el sitio de exploración. Usualmente, las dimensiones de calicatas son 1.5m x 1.5m x 5 metros de profundidad, las que pueden ser proyectadas de forma manual, o utilizando maquinaria pesada. En el caso de auger manuales, el alcance máximo es de 3 metros, dependiendo del tipo de materiales encontrados en el sitio. Y el muestreo superficial, limitado a la superficie del suelo, que en nuestro caso, estaría encaminado al material caído en antiguos deslizamientos, y las paredes de la ladera.
Otros
Se proponen también la ejecución de pruebas menores de exploración geotécnica, cuya utilización está en dependencia del tipo de suelo encontrado en superficie, tanto al pie del talud, como en la pared de la ladera. Los sondeos propuestos son “prueba con penetrómetro de bolsillo”, “prueba con veleta de corte”. Adicionalmente, se propone la ejecución de algunas pruebas de infiltración, con el objeto de obtener la rata de infiltración de los suelos emplazados en el sitio de estudio.
4.2.2. Trabajo de laboratorio
El trabajo de laboratorio, consiste principalmente en el análisis de las muestras obtenidas en campo, y el análisis de los resultados obtenidos, relacionando los mismos con los datos obtenidos en campo. A continuación se presenta una lista del análisis a realizar en laboratorio, con la designación ASTM respectiva.
Todas las muestras, luego de ser codificadas e identificadas preliminarmente en campo y trasladadas al laboratorio, según la práctica de las designaciones ASTM D 4220–00 y D 5079–00, se practicarán las siguientes pruebas:
1.- Clasificación SUCS---------------------------------------------------------------------- ASTM D 2487–00
2.- Granulometría-------------------------------------------------------------------------STM D 422–63(1998)
3.- Límites de Atterberg--------------------------------------------------------------------- ASTM D 4318–00
4.- Contenido de Humedad del suelo------------------------------------------------------ ASTM D 2216–98
5.- Análisis de tamaños de partículas en seco y constantes del suelo------------------- ASTM D 421–02
6.- Pesos especifico de los suelos y gravedad específica--------------------------------- ASTM D 854–02
7.- Hidrometría----------------------------------------------------------------------------- ASTM D 422–63-98
8.- Ensayos de consolidación--------------------------------------------------------------- ASTM D 2435–02
9.- Compresión sin confinar----------------------------------------------------------------- ASTM D 2166-00
10.- Compresión triaxial--------------------------------------------------------------------- ASTM D 2166-00
11.- Ensayo de corte directo ------------------------------------------------------------------ASTM D 3080-03
Con toda la información obtenida, primeramente la caracterización geotécnica de la ladera y deslizamientos ocurridos, y la simulación numérica de los probables deslizamientos en el futuro, se elaborará un informe técnico, donde puede incluirse medidas correctoras propuesta, desde el punto de vista de las características propias de la zona, tomando como base la caracterización geotécnica realizada, con el fin de reducir los daños que podrían causar futuros deslizamientos en el área.
