LA EROSION COMO ACTIVADOR DE DESLIZAMIENTOS DE TIERRA

LA EROSION COMO ACTIVADOR DE DESLIZAMIENTOS DE TIERRA

XII JORNADAS GEOTECNICAS DE LA INGENIERIA COLOMBIANA Y V FORO SOBRE
GEOTECNIA DE LA SABANA DE BOGOTA
ELABORACION DE MODELOS CONCEPTUALES DE DESLIZAMIENTOS EN SUELOS
RESIDUALES EN COLOMBIA
Jaime Suárez Díaz
Profesor Escuela de Ingeniería Civil
Universidad Industrial de Santander
RESUMEN
Los deslizamientos de tierra son un lugar común en los suelos residuales de los Andes
Colombianos.
Estos movimientos en masa están relacionados con varios elementos
fundamentales, los cuales se requiere tener un cuenta en la elaboración de los modelos
conceptuales que se requieren para analizar los mecanismos de falla y diseñar las medidas de
manejo, control o estabilización.
Adicionalmente a los levantamientos topográficos se requiere caracterizar la litología y Formación
Geológica. Para cada formación geológica se presenta una serie de mecanismos de falla
característicos de la formación.
La profundidad e intensidad de la meteorización y la fracturación de los materiales modifican
substancialmente el comportamiento de los suelos residuales.
La hidrología tiene un gran efecto no solamente en la activación de los movimientos sino también
en el mecanismo de falla. Es fundamental además, elaborar el modelo conceptual hidrogeológico
en el cual se deben incluir los mecanismos de infiltración, transporte y acumulación de agua dentro
de los suelos y rocas. La Sismicidad completa la lista de los elementos fundamentales.
La elaboración de los modelos conceptuales es esencial para diseñar adecuadamente las obras de
estabilización. Los modelos determinísticos (Cálculos de factores de seguridad) son solo una
herramienta y deben representar hasta donde sea posible los elementos básicos de los modelos
conceptuales.
Introducción
La elaboración de modelos conceptuales es una de las actividades previas fundamentales para el
diagnóstico y estabilización de los problemas de deslizamientos, especialmente en suelos
residuales en ambientes tropicales donde la heterogeneidad de los materiales y la variedad de
parámetros fundamentales dificulta el análisis determinístico.
En el presente documento se describen algunos de los elementos que se deben tener en cuenta
para la elaboración de los modelos conceptuales.
1. La Litología y Formación Geológica
Cada litología dentro de una formación geológica posee un determinado patrón de
comportamiento. Si el material que conforma el talud es homogéneo, el modelo conceptual es
muy sencillo. Sin embargo, cuando el talud está formado por varios tipos de roca o suelo, el
comportamiento geotécnico del conjunto es diferente al de cada material por separado y este es el
caso de los suelos residuales donde el material completamente descompuesto tiene un
comportamiento muy diferente al del material menos descompuesto al saprolito o a la roca. En los
taludes donde aparecen varios materiales diferentes se debe elaborar un modelo que incluya todos
los materiales, cada cual con su comportamiento característico pero al mismo tiempo se debe
analizar el comportamiento conjunto de los diversos materiales.
Se debe tener en cuenta tanto la estructura como la microestructura de las partículas que
conforman el suelo y la roca, su fábrica y su textura.
2. La Meteorización
En los ambientes tropicales dominados por temperaturas altas y cambiantes y por lluvias
abundantes, la meteorización de los materiales es muy fuerte, caracterizándose por la
descomposición rápida de feldespatos y minerales ferromagnesianos, la concentración de óxidos
de hierro y aluminio y la remoción de Sílice y de las bases de Na2O – K2O – CaO y MgO (Gidigasu,
1972). Los feldespatos se meteorizan inicialmente a Kaolinita, Oxidos de Hierro y Oxidos de
Aluminio y los compuestos más resistentes como las partículas de Mica y Cuarzo permanecen.
La meteorización de rocas y cenizas volcánicas conducen a la formación de Montmorillonitas,
Aloysitas, óxidos de hierro y aluminio en etapas iniciales de la meteorización y finalmente se
pueden formar Caolinitas, Esmectitas y Gibsitas (González y Jiménez, 1981).
Algunas rocas que contienen sales (NaCl), Cal (CaSO4) y Yeso (CaSO4-2H2O) se disuelven
fácilmente en agua, especialmente en presencia de CO2, acelerando los procesos de
meteorización.
A medida que el proceso de meteorización continúa los contenidos de Caolinita disminuyen y se
alteran los demás compuestos a Fe2O3 y Al2O3. Existen investigaciones que demuestran la
disminución de los contenidos de Caolinita, con el aumento del promedio anual de lluvias (Lohnes
y Demirel, 1973).
Entre los factores que se deben tener en cuenta están la profundidad de meteorización, la
intensidad y el tipo de meteorización. Por ejemplo, se debe indicar si la meteorización termina en
arcillas, arenas o limos.
3. La Tectónica y Fracturación
La tectónica produce dos efectos: fallamiento y fracturación, y estos dos elementos deben incluirse
en el modelo conceptual. Las discontinuidades juegan un papel importante en las fallas de los
materiales residuales. Si se encuentran abiertas actúan como conductores de agua y activadores
de presiones de poro. El agua al hacerse presente dentro de la junta produce meteorización de
sus paredes debilitándolas. Adicionalmente, se depositan materiales blandos dentro de la junta.
4. La Hidrología
El clima y en especial la precipitación juegan un papel determinante en la estabilidad de los
taludes. Las precipitaciones de tipo convectivo son muy fuertes pero de corta duración y afectan
principalmente los taludes de materiales permeables de alta capacidad de infiltración.
La precipitación estratiforme produce lluvias menos intensas pero generalmente de mayor duración
que las convectivas y afectan fácilmente los taludes de materiales arcillosos.
Las anomalías climáticas permiten la ocurrencia de lluvias excepcionales en zonas semiáridas
generando problemas acelerados de deslizamientos y avalanchas.
5. La Hidrogeología
Es muy importante la elaboración del modelo hidrogeológico conceptual. El modelo debe tener en
cuenta las zonas de infiltración arriba de los taludes incluyendo la infiltración a muchos kilómetros
de distancia, siempre y cuando esta agua pueda afectar los niveles freáticos y corrientes de agua.
Otros factores a tener en cuenta son la conductividad hidráulica mejor conocida como
permeabilidad y la porosidad de los materiales del talud. La conductividad facilita la llegada de
corrientes de agua y la porosidad afecta la capacidad de almacenamiento de agua en el talud.
6. La Sismicidad
La sismicidad de la zona andina Colombiana es alta. Los movimientos sísmicos pueden activar
deslizamientos de tierra. En el caso de un sismo existe el triple efecto de aumento de esfuerzo
cortante, disminución de resistencia por aumento de la presión de poros y deformación asociados
con la onda sísmica, pudiéndose llegar a la falla al cortante y hasta la licuación, en el caso de
suelos granulares saturados.
Elaboración de modelos conceptuales
Un modelo conceptual es una representación del comportamiento de la ladera o talud. El modelo
puede incluir gráficas de planta y perfiles con sus respectivos textos o memorias descriptivas del
efecto de todos y cada uno de los elementos fundamentales que afectan la estabilidad del talud
específico. El modelo debe ser lógico y fácilmente entendible y no debe incluir información que no
sea relevante y determinante en el proceso de inestabilidad.
Con posterioridad a la elaboración del modelo conceptual se puede proceder a elaborar el modelo
determinístico para calcular los factores de seguridad o el modelo de elementos finitos esfuerzodeformación. Los modelos determinísticos deben ser una resultante de los modelos conceptuales.
Elementos fundamentales a tener en cuenta en la elaboración de modelos conceptuales de
deslizamientos.
Tema
Elementos fundamentales
La litología y formación geológica
Tipo de formación. Tipo de roca parental. Proceso de
formación del suelo. Minerología. Propiedades de cada
uno de los materiales presentes en el talud.
Profundidad de meteorización. Tipo de meteorización
variable con la profundidad. Materiales producto de la
meteorización.
Elementos tectónicos presentes.
Discontinuidades.
Rumbo y buzamiento de cada una de las
discontinuidades.
Separación y abertura de cada
discontinuidad. Aspereza y relleno.
Precipitaciones promedio. Lluvias máximas. Tipo de
lluvia. Duración de las lluvias.
Areas de infiltración.
Recarga interna de agua.
Conductividad hidráulica. Porosidad.
Fuentes
sísmicas.
Magnitud
e
intensidad.
Aceleraciones y desplazamientos en los sismos
esperados.
La meteorización
La tectónica y fracturación
La hidrología
La hidrogeología
La sismicidad
Procedimiento para la elaboración de modelos conceptuales
a. Caracterización de todos y cada uno de los elementos fundamentales.
b. Representación gráfica y descripción escrita de las características de cada uno de los
elementos.
c. Elaboración de un modelo gráfico y escrito del conjunto de todos los elementos incluyendo la
interacción entre ellos.
d. Calibración del modelo en campo analizando deslizamientos existentes.
e. Elaboración de los modelos determinísticos para el cálculo de factor de seguridad.
Referencias
Gidigasu, M.D. (1972). “Mode of formation and geotechnical characteristics of laterite materials of
ghana in relation to soil forming factors”. Engineering geology, Amsterdam, Vol. 6, No. 2, p.p.
79-150.
González L., Jiménez J. (1981). “Engineering geology of the tropical volcanic soils of La Laguna,
Tenerife”. Engineering geology. Vol. 17, No. 1, p.p 1-17.
Lohnes R., Demirel T. (1973). “Strensth and structure of laterites and lateritic soils”. Engineering
geology, Amsterdam, Vol. 7, No. 1, p.p. 13-33.
Suárez J. (1998). “Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en Zonas Tropicales”. Ediciones UIS.
548p.