¿Qué es la estabilización de taludes y cómo se lleva a cabo? (Guía completa)

Los taludes son masas de terreno o suelo con una superficie externa inclinada con respecto a la horizontal. Generalmente, son estructuras inestables susceptibles a la acción de factores externos tales como las actividades humanas, fenómenos climatológicos, actividad sísmica, entre otras, por lo cual requieren ser estabilizados.

 

Una manera común y efectiva de mejorar la estabilidad de taludes y laderas es mediante el uso de elementos de concreto prefabricado. Otras técnicas incluyen la estabilización de taludes con mallas metálicas, estabilización de taludes con anclajes y estabilización de taludes con concreto lanzado.

 

La construcción y estabilización de taludes es una de las actividades más comunes en la actualidad, tanto en obras civiles, construcción de infraestructuras, vías de comunicación, actividades agrícolas y mineras, entre otras.

¿Qué son los taludes?

 

Los taludes son todas aquellas estructuras de tierra permanentes, de origen natural o artificial, que poseen una pendiente o inclinación con respecto a la superficie horizontal del terreno. Los taludes pueden ser:

 

• Taludes naturales: Se denominan laderas y son generados mediante procesos geológicos o hidrogeológicos, tales como la formación de montañas o la acción erosiva de los ríos, el desplazamiento de masas de tierra debido a factores climatológicos, la ocurrencia de terremotos, el movimiento de glaciares, etc.
• Taludes artificiales: Son elaborados por el hombre con algún propósito específico, generalmente, en la construcción de edificaciones, vías de comunicación (carreteras, autopistas, vías férreas, etc.), obras de infraestructura (puertos, aeropuertos, etc.) y en actividades agrícolas o de minería, entre otras.

 

¿Qué es estabilizar un talud?

 

Estabilizar un talud consiste en la aplicación de métodos de ingeniería geotécnica para consolidar sus elementos constitutivos, aumentar sus fuerzas internas resistentes, disminuir las fuerzas desestabilizantes, así como garantizar su seguridad y permanencia en el tiempo.

 

En la actualidad existe una variedad de métodos para estabilizar taludes, algunos de los más utilizados son:

• Taludes de Suelo Reforzados (Reinforced Soil Slopes, RSS): Son una forma de suelos reforzados que incorporan elementos estabilizadores planos en taludes de menos de 70 grados de inclinación.
• Muros de Tierra Estabilizados Mecánicamente (Mechanically Stabilized Earth Wall, MSEW): Son estructuras de mayor complejidad que incluyen elementos de refuerzo tales como barras o placas de acero, anclajes, pilotes, mallas de acero o polímeros, geotextiles, entre otros.

 

Uno de los métodos más utilizados en la construcción de taludes estabilizados mecánicamente es el uso de elementos de concreto prefabricado, los cuales son reforzados con otros materiales, para obtener una estructura de alta resistencia y calidad.

Los elementos de concreto prefabricado son elaborados en serie en instalaciones industriales especializadas y luego son transportados hasta el lugar donde se construirá el talud para su instalación final.

Otras técnicas incluyen el uso de concreto mezclado y vaciado in situ, el uso de concreto proyectado (denominado Shotcrete o gunita) o el uso de geotextiles y ciertas especies vegetales (hierbas, plantas, árboles, arbustos, etc.)

 

¿Cómo se estabilizan los taludes?

 

Los taludes se estabilizan mediante la aplicación de diversas técnicas de ingeniería que incluyen, generalmente, alguno de los siguientes métodos:

 

• Medidas de protección superficial: Tienen como propósito evitar la degradación de la superficie del talud debido a la acción de factores externos (por ejemplo, las precipitaciones) y también el desprendimiento de rocas o desplazamiento del suelo.Incluyen la limpieza del terreno en la base, cabecera y superficie lateral del talud, el uso de mallas metálicas de doble o triple torsión para la contención de rocas, empleo de materiales geosintéticos (entre ellos, los geotextiles) y la reforestación.
• Modificación de la geometría: Consiste en cambiar la forma de un talud inestable mediante el retiro de material de su cabecera, la adición de material en su base, o una combinación de ambas técnicas, para proporcionarle mayor estabilidad al terreno.Otra forma frecuente de cambiar la geometría del talud consiste en la reducción de su pendiente, mediante el retiro de material a lo largo de toda su superficie, o la creación de terrazas escalonadas.
• Medidas de drenaje: Son técnicas que contrarrestan los efectos negativos del agua en la estabilidad de los taludes. El agua, si no es correctamente canalizada, permea en el terreno y aumenta su peso, lo cual aumenta las cargas sobre los elementos resistentes, naturales o artificiales, del talud.El agua también puede ocasionar erosión y arrastre de material, aumentar el nivel freático por debajo del talud, socavar las bases de la estructura, aumentar las presiones intersticiales de los materiales constitutivos, lo que disminuye la estabilidad general del talud.
• Uso de elementos estructurales resistentes: Tales como anclajes, pilotes o micro-pilotes, los cuales aumentan la resistencia del talud a la rotura.
  Los anclajes generalmente emplean elementos de acero tensado, recubiertos con un material protector, que se insertan en un muro de contención de concreto.
  Los pilotes son elementos estructurales prefabricados, de gran resistencia, que se insertan en agujeros perforados en el terreno y se completan mediante técnicas de cimentación.
  Los micro-pilotes son elementos estructurales rígidos de menor diámetro, que se insertan en grandes cantidades en el terreno como agujas, motivo por el cual esta técnica es conocida en inglés como soil-nailing.
• Construcción de muros y elementos de contención: Tienen como objetivo proporcionar una barrera física que le aporte resistencia mecánica al talud para aumentar su estabilidad y contener posibles fallas, desprendimiento de rocas o desplazamiento de material.
  Existe una variedad de muros y elementos de contención, entre ellos, los muros anclados, muros de contención, muros de concreto proyectado (Shotcrete o gunita), muros de mampostería, muros de gaviones, muros de elementos prefabricados, etc.

¿Qué es la estabilidad de taludes en suelos?

 

La estabilidad de taludes en suelos se refiere a la capacidad que tiene el talud para mantener su forma y funcionalidad a lo largo del tiempo.

 

Movimientos debido a la inestabilidad de los taludes

 

Tanto si se trata de taludes naturales como artificiales, se desea que el talud mantenga su forma y cumpla con la función para la cual fue construido. Sin embargo, existen inestabilidades en los taludes que pueden ocasionar algunos de los siguientes movimientos:

 

• Desprendimientos: Cuando una masa de material, generalmente de la cabecera del talud, se separa de la estructura principal y se precipita en caída libre. Usualmente son rocas de gran tamaño y pueden ocasionar daños catastróficos y poner en riesgo la vida de las personas.
• Volcamientos: Cuando bloques de material se desprenden de la estructura principal del talud mediante un movimiento de rotación con respecto a su base, debido a las fuerzas de gravedad o a la acción de fuerzas hidráulicas.
• Deslizamientos: Son desplazamientos de material que se producen a lo largo de una o varias superficies cuando se supera la resistencia a la cortadura del material. Pueden ser deslizamientos rotacionales o deslizamientos traslacionales.
  Los deslizamientos rotacionales ocurren a lo largo de una superficie de deslizamiento interna de forma aproximadamente circular y cóncava.
  Los deslizamientos traslacionales se producen cuando una masa de material se desplaza de forma paralela a una superficie externa de terreno aproximadamente plana o ligeramente ondulada.
• Coladas: Son desplazamientos en los cuales el material se comporta de forma similar a los fluidos viscosos. Generalmente, se producen debido a la acción de fuerzas hidráulicas, como crecidas de ríos, fuertes precipitaciones, deshielo de glaciares, etc.
• Movimientos complejos: Cuando se producen combinaciones de los tipos de desplazamientos anteriores.

 

La estabilidad de los taludes en suelos será mayor mientras haya menos probabilidad de ocurrencia de cualquiera de los movimientos anteriormente señalados.

¿Cómo se determina la estabilidad de un talud?

 

Para determinar la estabilidad de un talud es necesario realizar una serie de estudios geotécnicos (caracterización de suelos), mecánicos (determinación de esfuerzos cortantes y resistencia a la cortadura) y estudios hidrogeológicos (nivel freático, nivel piezométrico, porosidad, redes de flujo), entre otros.

1. Tipos de suelo

De acuerdo a su comportamiento resistente estos pueden ser:

• Suelos cohesivos o coherentes: Son aquellos en los cuales, debido a sus características físicas y químicas, es necesaria la aplicación de fuerzas externas para separar sus materiales constitutivos. Suelen ser impermeables.
• Suelos no cohesivos o incoherentes: Son aquellos en los cuales sus materiales constitutivos sólo tienen cohesión interna cuando están húmedos y el agua llena los espacios intersticiales. Son permeables.

2. Esfuerzos cortantes y resistencia a la cortadura

Cuando se trata de determinar la estabilidad de un talud es necesario realizar estudios para evaluar el estado de tensiones interno del terreno y la resistencia a los esfuerzos cortantes que se producen dentro del talud.

 

Los esfuerzos cortantes son cargas internas que tienden a producir desplazamientos tangenciales relativos de unas capas del material con respecto a otras. La resistencia a la cortadura es la capacidad del material de oponerse a la acción de los esfuerzos cortantes.

 

Cuando los esfuerzos cortantes superan a la resistencia a la cortadura del material, se producen los desplazamientos de material que dan origen a la inestabilidad de los taludes y se originan los desprendimientos, volcamientos, deslizamientos, coladas o movimientos complejos que modifican a los taludes.

3. Aspectos hidrogeológicos

El agua es uno de los elementos que más influye en la estabilidad de los taludes. Cuando el material del talud absorbe agua aumenta su peso y, por lo tanto, la carga sobre los elementos resistentes. Si el material es poroso, el agua se puede colar entre las grietas y disminuir la estabilidad del suelo.

 

El agua puede escurrirse por las superficies externas del talud, generando arrastre de material y erosión,  debilitando  la estructura. También puede filtrarse, generando flujos sub-superficiales, incrementando el nivel freático y disminuyendo la resistencia del talud a las fuerzas desequilibrantes internas y externas.

 

Por tales razones, , es de suma importancia realizar los siguientes estudios hidrogeológicos:

 

• Análisis del nivel freático: Cantidad de agua acumulada debajo de la base del talud.
• Análisis del nivel piezométrico: Indicativo del potencial de las fuerzas hidráulicas dentro del talud.
• Estudio de la porosidad del material: Relacionado con la capacidad que tiene el suelo para absorber agua.
• Estudio de las redes de flujo: Permiten valorar -de manera aproximada- las líneas de corriente de agua dentro del talud y sus respectivas presiones hidráulicas.

 

En general, para que un talud sea estable las fuerzas equilibrantes deben ser superiores a las fuerzas desequilibrantes.

¿Qué factores influyen en la estabilidad de un talud?

 

Los factores que influyen en la estabilidad de los taludes se clasifican en:

 

• Factores condicionantes: Son aquellos que condicionan la estabilidad de un talud. Entre ellos, los más importantes son la estructura geológica y características litológicas del suelo, así como, las condiciones hidrogeológicas y la morfología del terreno.

 

• Factores desencadenantes: Son aquellos que actúan como generadores de inestabilidades o iniciadores de los desprendimientos, volcamientos, deslizamientos, coladas y movimientos que modifican la forma y funcionalidad de los taludes.

 

 Los factores que influyen en la estabilidad de los taludes pueden ser de tipo natural o debidos a las actividades humanas.

 

Factores naturales

 

Los factores naturales que influyen en la estabilidad de los taludes son, principalmente, de tipo geológico, climatológico, hidrogeológico y biológico.

 

• Factores geológicos: Incluyen el tipo de formaciones geológicas, el desplazamiento de placas tectónicas, la actividad sísmica y volcánica.
• Factores climatológicos: Las precipitaciones (lluvia, nieve, granizo) son factores desencadenantes que pueden modificar la estabilidad de los taludes.
• Factores hidrogeológicos: Las aguas subterráneas, la acción de los ríos, la erosión hidráulica, la acción de las olas marinas contra los acantilados, el deshielo y desplazamiento de glaciares, entre otros, son factores de gran influencia en la estabilidad de los taludes.
• Factores biológicos: La cubierta vegetal sirve como protección natural en la superficie de los taludes. Las raíces contribuyen a aumentar la estabilidad y resistencia de los suelos, así como a la absorción de agua y sales minerales. Los tallos mitigan el arrastre de material evitando la erosión del suelo. Las hojas de las plantas evitan el impacto directo de las precipitaciones sobre el suelo.

 

Factores debidos a la actividad humana

 

Los factores ocasionados por la acción del hombre, generalmente  están vinculados a la construcción de infraestructuras, obras civiles o a las actividades mineras y/o agrícolas.

 

• Actividades mineras: Requieren la construcción de taludes por excavación (minería a cielo abierto) o de túneles y galerías (minería subterránea), así como del uso de explosivos cuyas ondas expansivas pueden afectar la estabilidad de los terrenos.
• Actividades agrícolas: Requieren la construcción de obras hidráulicas tales como canales, diques, presas, sistemas de riego y drenaje, las cuales inciden en el nivel freático y nivel piezométrico de los suelos.
• Construcción de vías de comunicación: Con frecuencia requieren de la construcción de taludes y terraplenes para estabilización del terreno y trazado de los caminos o vías férreas. Una vez construidas, el tránsito de vehículos y trenes impone cargas dinámicas y vibraciones sobre los suelos.
• Obras civiles, edificaciones e infraestructuras: Generalmente necesitan algún tipo de estabilización de taludes, muros de contención, muros con anclajes, etc. En el caso de los puentes, se requiere el uso de contrafuertes y pilares, así como la estabilización del terreno en los extremos de la obra.

¿Cómo se usan los geotextiles en el refuerzo de taludes?

 

Los geotextiles se usan junto con otros materiales constructivos para aumentar la resistencia y mejorar la estabilidad de los taludes.

Los geotextiles, al igual que las georedes y geomallas, son un tipo de elementos geosintéticos.  Es decir , materiales poliméricos, usados para aplicaciones geotécnicas que incluyen la estabilización de la estructura interna de los taludes, y en algunos casos, sirven de base para las especies vegetales que se usan para reforzar y estabilizar los taludes.

Los geotextiles son telas permeables, tejidas o no tejidas, formadas por fibras de poliéster o poliolefinas, que permiten el paso del agua pero no el arrastre de material sólido, lo cual las hace ideales para sistemas de drenaje y protección contra la erosión.

 

• Geotextiles de poliéster (PET): Se recomiendan en suelos con un pH 9 , entre ellos, suelos de tipo orgánico, salinos, ferruginosos o con presencia de otros metales como el cobre, cromo, cobalto o manganeso.
• Geotextiles de poliolefinas: Este grupo incluye a los geotextiles de propileno (PP) y a los geotextiles de polietileno de alta densidad (HDPE). Son útiles para suelos con un ph 9 pero también pueden ser usados en suelos alcalinos con un ph 9 , suelos orgánicos, calcáreos o arcillosos.

 

Aunque los geotextiles no son afectados por la corrosión, si se pueden degradar por otros procesos físico-químicos tales como la hidrólisis, oxidación o la exposición a la luz ultravioleta (UV). También son susceptibles a las altas temperaturas, de modo que el rango de temperaturas de operación recomendado está entre 12°C y 30°C.

Por este motivo, los geotextiles usados para el reforzamiento de taludes deben recibir tratamientos químicos especiales y no ser expuestos a la radiación solar directa. Con los tratamientos y protecciones adecuados, los geotextiles tienen una vida útil de 75 a 100 años.

 

¿Cuál es el objetivo de determinar la estabilidad de un talud?

 

El objetivo final de determinar la estabilidad de un talud es identificar posibles desequilibrios en su estructura para proceder a eliminarlos o neutralizarlos. Esto se hace mediante la aplicación de distintos métodos de análisis y cálculo, de acuerdo a la naturaleza y características particulares de cada talud. 

 

Los métodos de análisis y cálculo de taludes dependen, en primer lugar, del tipo de inestabilidad o desequilibrios que presenten los taludes y, en segundo lugar, del tipo de medidas correctivas que sean aplicadas.

 

De acuerdo con las inestabilidades y desequilibrios internos, los tipos de fallas que se producen en los taludes, estos se pueden clasificar en los siguientes grupos:

 

• Fallas por talud infinito: Para fines prácticos, se considera que un talud es infinito cuando el espesor de material inestable, es pequeño en comparación con la altura del talud, por lo tanto, la superficie de deslizamiento es paralela a la del talud.
• Fallas por talud finito: En este caso, la cantidad de material inestable es considerable y la falla se produce a través de una superficie interna aproximadamente cilíndrica, definida por un radio de giro (r) y un centro de rotación (o).

 

Existen dos tipos principales de medidas correctoras de la estabilidad de un talud:

 

• Medidas homogéneas: Consisten en mejorar la estabilidad de un talud sin modificar sus materiales constitutivos originales.  Por ejemplo, disminuyendo su nivel freático o modificando su geometría, retirando material de la cabecera y agregando tacones o bermas del mismo material en la base del talud.
• Medidas heterogéneas: Son medidas que mejoran la estabilidad de un talud introduciendo elementos distintos a los materiales originales de la estructura, tales como muros de contención, anclajes, pilotes, concreto proyectado, geotextiles o especies vegetales especialmente seleccionadas para tal fin.

 

De esta forma, los métodos de análisis de taludes toman en consideración estas características para desarrollar procedimientos de cálculo que permitan determinar el factor de seguridad o del talud. El factor de seguridad expresa el margen de confianza para  que el talud no falle.

 

Algunos de los métodos de análisis de estabilidad de taludes más usados son:

 

• Métodos Exactos: Método de Rotura Planar y Método de Rotura por Cuña.
• Métodos de Dovelas Aproximados: Método de Jambu, Método de Fellenius y Método de Bishop Simplificado.
• Métodos de Dovelas Precisos: Método de Morgenstern-Price, Método de Spencer y Método de Bishop Riguroso.
• Métodos de Cálculo en Deformaciones: Son un tipo particular de métodos numéricos que conducen a soluciones aproximadas.

 

Determinar la estabilidad de un talud, usando el método de cálculo adecuado y obteniendo un factor de seguridad apropiado, permite el diseño y construcción de taludes más seguros y confiables.

¿Qué es necesario para la estabilización de taludes?

 

Para lograr la estabilización de taludes es necesario realizar los estudios geotécnicos, análisis y cálculos de estabilidad, consideraciones económicas, ambientales y de seguridad pertinentes. Esto se puede ver en tres pasos:

 

• Primer paso:  e Especificar la ubicación y funcionalidad del talud. En base a esta información, se procede a realizar todos los estudios geológicos, litológicos, estratigráficos, edafológicos, hidrogeológicos y climatológicos necesarios para identificar posibles inestabilidades, factores condicionantes y factores desencadenantes de fallas.

 

• Segundo paso:  Seleccionar  los métodos de análisis y cálculo adecuados. Luego, se deciden las soluciones de ingeniería más apropiadas para la estabilización del talud desde el punto de vista geotécnico. 

 

En esta fase se decide si se usarán medidas correctivas homogéneas o heterogéneas. Por ejemplo, el uso de elementos de concreto prefabricado, geotextiles, muros con anclajes, especies vegetales para la reforestación, modificación de la geometría del talud o disminución de su nivel freático, entre otras.

 

• Tercer paso:  Realizar los estudios económicos, de impacto ambiental y social pertinentes, teniendo siempre en mente obtener la mejor solución, al menor costo y con los mayores márgenes de seguridad para garantizar la estabilidad del talud en el tiempo.

 

Sin embargo, la construcción y estabilización de taludes es una actividad especializada y muy compleja que requiere, no solo de numerosos estudios y capacidades geotécnicas, sino de la participación de equipos de trabajo multidisciplinarios y, en algunos casos, de importantes inversiones económicas.

Por este motivo, es importante contar con los mejores profesionales, con experiencia comprobada en el área y una amplia trayectoria, al momento de realizar un proyecto de construcción o estabilización de taludes.