Estudio del fallo por estabilidad de la loma “El Volcán” en la autopista Habana-Melena, Cuba. AUTOR: Rumiñahui Quindi Pichasaca. TUTOR: MSc. Ing. Rolando Armas Novoa.

 OBJETIVOS :  Estudiar la información existente sobre el fallo por estabilidad del talud de la autopista Habana- Melena del Sur.  Dar la solución más económica para estabilizar dicho talud.

CAPÍTULO 1 Introducción

SITUACION DEL PROBLEMA  El deslizamiento se produjo El 28 de agosto de 2002 después de la ocurrencia de intensas lluvias (aumento peso específico del suelo y pérdida de succión)  De la visita realizada al lugar del deslizamiento por UNAICC, se pudo constatar lo siguiente: Superficie de falla circular. Existencia del deslizamiento de pie de talud. Ausencia de cunetas de coronación, junto al buzamiento(8º a 10º) del de las capas de suelo, facilitaron la infiltración del agua lluvia en la misma dirección del deslizamiento.  Con la revisión del Proyecto de ITALCONSULT se observa: El ángulo de inclinación del Talud en la zona del deslizamiento era entre 50º y 55º. Ausencia de bermas en alturas de talud de más de 20 m.

TOPOGRAFÍA  Por los trabajos topográficos posteriores al deslizamiento realizado por parte del personal técnico de la UNAICC se pudo señalar que el deslizamiento ocurrió entre las estaciones y 13960, afectando una longitud aproximada de 150m y un ancho aproximado de 80m.  Se construyeron 5 perfiles trasversales espaciados a 20 y 30 m alo largo de la vía, a fin de analizar la posible superficie de falla en cada sección, ya que estaba muy claro el corte, y por ende, el punto de intersección de la superficie de deslizamiento con la corona del talud.

TOPOGRAFÍA (continuación)

GEOLOGIA En el informe técnico realizado por el Geólogo Sergio Paz Morales, según contrato de la UNAICC y CPV, se detallan aspectos relativos a la estratigrafía local que se mencionara a continuación. En el informe técnico realizado por el Geólogo Sergio Paz Morales, según contrato de la UNAICC y CPV, se detallan aspectos relativos a la estratigrafía local que se mencionara a continuación.  Toda el área del corrimiento se halla dentro de la Formación El Cangre, de calizas con 15 a 70 cm. de espesor con intercalaciones de lutitas de 3 a 40 cm. de espesor, en posición subhorizontal con buzamientos de 3 a 10 grados hacia la carretera. En esta intercalación, las lutitas son los planos de deslizamiento.  Se trata de una zona tectónicamente tranquila, los estratos yacen subhorizontalmente en forma de monoclinal suave. FOTO

CAPÍTULO 2 Análisis de estabilidad en el momento de fallo y posible solución.

ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD EN EL MOMENTO DE FALLO Hipótesis: 1ro.- Suponer para los cálculos de estabilidad, las cinco secciones transversales anteriormente mencionadas. 2do.- Suponer que en la construcción se ejecutó el talud del Proyecto ITALCONSULT. 3ro.- Considerar que la superficie circular de deslizamiento pasa por el punto 2 (pie de talud) y por el punto 7 (corte en la corona).De esta forma la línea 2-7 constituye una cuerda de la circunferencia, por lo que la normal a ésta en el punto medio, constituye un radio de la circunferencia. FIGURA

Hipótesis (continuación) 4to. - Si el fallo se produjo cuando el talud existente era el del proyecto ITALCONSULT, en ese momento el factor de seguridad era menor que 1. 5to.- Como quiera que el fallo se produjo de forma rápida, producto de que el suelo se saturó con la lluvia, se asume, en un análisis de tensiones totales, que la resistencia a cortante del suelo arcilloso tiene un comportamiento de tipo “cohesivo puro”, o sea un suelo c (  = 0). 6to.- De lo anterior se plantea, utilizando como método de análisis de estabilidad, el de Fellenius, que el valor promedio de c, a lo largo de la superficie de falla propuesta, considerando F. S = 1, es:

EJEMPLO DE CÁLCULO (Caso A)  El talud que quedó al terminar la construcción de la Vía (2-9), falló por una superficie circular que corta el pie de talud (punto 2) y sale a la corona (punto 7).  Supondré un primer caso en el que el radio del circulo sea de 33.00m.  Se considera que el suelo arcilloso en el momentote fallo está saturado (  sat = 20 kN/m3), el fallo fue rápido y por lo tanto, la resistencia a cortante se corresponde con la de un suelo c (Φ=0). FIGURA

EJEMPLO DE CÁLCULO (continuación) Tabulación y resultado: Resultado: Con la misma filosofía de cálculo Se obtiene un resumen total. TABLA TABLA RESUMEN TABLA RESUMEN TOTAL

CONCLUSIONES  La variación de c es pequeña (menos de 5 kPa). Esto demuestra que las hipótesis consideradas a partir de la superficie de falla que se produjo, son correctas.  Se asume un valor promedio de c= 92 kPa, en el momento del deslizamiento.

POSIBLE SOLUCIÓN  Con el esfuerzo cortante promedio del suelo (c= 92 kPa), nos planteamos calcular la estabilidad de un talud conformado por la línea 2-7, como posible solución.  Para ello también utilizaremos el método de análisis de Fellenius. FIGURA TABLAS

CAPÍTULO 3 Propuesta de solución definitiva al problema de estabilidad.

DISEÑO DEL TALUD PROPUESTO  Conformar el talud mediante el movimiento de tierra, situando taludes de 1:2.  Construcción de dos bermas de 4 m de ancho.  Construcción de cunetas revestidas.  El movimiento de tierra para conformar el talud con sus bermas, debe hacerse en época de seca, compactándose con los mismos equipos de excavación y transporte y utilizando el mismo material que se excava en la medida de la compensación.

SECCION 1

SECCION 2

SECCION 3

SECCION 4

SECCION 5

DETALLE CUNETA DE LA CUNETA DE CORONACIÓN

ESTUDIO DE ESTABILIDAD DEL TALUD PROPUESTO Hipótesis:  1ro.-Suponer para los cálculos de estabilidad la Sección 3; EST  2do.- Considerando que el valor promedio de c = 92 kPa en el suelo del talud en el momento más crítico, podemos calcular el Factor de Seguridad del talud dado como solución. Supondremos que las fallas críticas serán la falla de base y la de pie de talud, debiéndose buscar los Factores de Seguridad mínimos para cada caso.  3ro.- Utilizaremos aquí también el método de análisis de estabilidad de Fellenius.

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO  Delimitar el área que contenga el centro crítico, con la finalidad de poder encontrar la superficie de deslizamiento circular más crítica para el análisis de estabilidad. Para la obtención de está área se utiliza el método de Ostrovski.  Configurar una cuadrícula que encierre el área definida por Ostrovski.  Se realizará el cálculo del F.S por el método de Fellenius utilizando diferentes radios, el programa ESTAB-TAL y el cálculo manual respectivo. FIGURA

RESULTADOS ESTAB-TAL MANUAL F.S min=1.24 F.S min=1.26 Xc=65,25 Yc=-10,86 Rc=61 Falla base

CONCLUSIONES  El valor de Factor de seguridad, disminuye al aumentar la profundidad del círculo de falla. Pero esta superficie de deslizamiento es poco probable.  El programa se puede utilizar para analizar la estabilidad de los taludes, de una forma rápida y conservadora.  Como el centros crítico cae fuera de los límites del área de Ostrovski, es válido definir la cuadrícula que encierre mayor número de centros posibles.  El talud propuesto es estable y económico.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESONES

 La zona del deslizamiento esta ubicada dentro del Grupo Nazareno y es la Formación El Cangre, formada por estratos de calizas intercaladas con lutitas, con numerosos planos de deslizamiento.  El corrimiento se clasifica como rotacional y es una falla de superficie circular de pie de talud.  Se trata de una zona tectónicamente tranquila, representada por un monoclinal con suave buzamiento de las capas (entre 3º y 10º) hacia la carretera.

 En el diseño del talud, para garantizar su estabilidad, se propone que con movimientos de tierra se conforme taludes de 1:2 y para evitar la erosión superficial y la infiltración originados por las lluvias se construyan dos bermas de 4 m de ancho y en el punto de unión con el talud se construirán cunetas revestidas con losas de hormigón, para recoger las aguas de lluvia, con pendiente longitudinal igual que la de la autopista Habana - Melena del Sur.  El movimiento de tierra debe hacerse en época de seca, compactándose con los mismos equipos de excavación y utilizando el mismo material que se excava en la medida de la compensación, debiéndose perfilar los taludes y compactar las capas superiores de las bermas para evitar la infiltración de las aguas de lluvia.

 BIBLIOGRAFIA : 1.- Armas Novoa, R y Horta Mestas, E: Presas de tierra. Editorial ISPJAE, La Habana Juárez Badillo, E y Rico Rodríguez, A: Mecánica de Suelos. Vol. I. Segunda edición. Editorial Limusa. México Rico Rodríguez, A y del Castillo, H: Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres. Editorial Limusa. México Sowers and Sowers : Introducción a la Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Primera edición. Editorial Limusa-Wiley. México Peck B. Ralph, Hanson E. Walter y otros: Ingeniería de cimentaciones. Editorial Limusa. México Paz Morales, Sergio y otros: Informe Técnico según contrato de la UNAICC-Provincia ciudad de La Habana, Centro de Vialidad Provincia La Habana (CPV).2002.

MUCHAS GRACIAS FIN

PREGUNTAS 1.- En la página 9, tercer párrafo “En esta intercalación de rocas, las lutitas son los planos de deslizamiento, entonces, ¿Qué propiedades y características tiene la lutita para funcionar como una superficie de resbalamiento? Explique mediante un esquema las principales causas que ocasionaron el fallo del talud. Explique mediante un esquema las principales causas que ocasionaron el fallo del talud.

RESPUESTA 1  Las lutitas son arcillas fuertemente consolidadas, que al ponerse contacto con el agua de infiltración, fruto de las grandes precipitaciones, se convierte en un material muy blando. Junto con la atracción gravitatoria de las capas de suelo que poseen un buzamiento hacia la carretera, las lutitas saturadas se convierten en autenticas superficies de deslizamiento. FIGURA

PREGUNTAS 2.- En el epígrafe 2.2 “Cálculo de la resistencia al cortante promedio en la zona de fallo”, para las distintas secciones que supone, el radio del círculo para todos los casos. ¿Bajo que criterios se supone los radios de los círculos para las distintas secciones? ¿Bajo que criterios se supone los radios de los círculos para las distintas secciones?

RESPUESTA 2 Para obtener una superficie circular que represente el fallo ocurrido, los puntos 2 y 7 son puntos fijos que pertenecen a la circunferencia de fallo, forman parte de cuerda, entonces, cualquier circunferencia con radios distintos, tendrá su centro sobre la normal a la cuerda. Para obtener una superficie circular que represente el fallo ocurrido, los puntos 2 y 7 son puntos fijos que pertenecen a la circunferencia de fallo, forman parte de cuerda, entonces, cualquier circunferencia con radios distintos, tendrá su centro sobre la normal a la cuerda. FIGURA

PREGUNTAS 3.- En la página 27 aparece una conclusión referente a la estabilidad supuesto como posible solución, se plantea que cualquier otro talud con inclinación menor que esta, también será estable. Existe alguna información de la geometría y pendiente que tenía el talud antes del fallo? O se comprende que el talud antes de la falla, tenía pendiente mayor que el proyecto? Existe alguna información de la geometría y pendiente que tenía el talud antes del fallo? O se comprende que el talud antes de la falla, tenía pendiente mayor que el proyecto?

RESPUESTA 3 Si, la geometría asumida para el análisis de la estabilidad del talud, fue el talud del proyecto según ITALCONSUL ya que no se podía considerar otra información, el talud del proyecto de hecho era inestable porque los valores de los ángulos de inclinación fueron entre 50° y 55°, el fallo pie de talud corrobora la existencia de taludes con inclinación aproximada de 53°.

PREGUNTAS 4.- En las conclusiones referidas al capítulo 3, tercer párrafo se asume que los dos centros críticos caen fuera del área definida por el método Ostrovski ¿Existe otros métodos para limitar o definir esta área crítica? Además en la página 35 se procedió a configurar una cuadrícula para delimitar dicha área bajo qué criterios se lo hizo?

RESPUESTA 4 Existe numerosos métodos para definir el área crítica, pero en Cuba, el método de Ostrovski es el más empleado. La cuadrícula se realizó con fines de obtener mayor número de centros posibles y así tener más confianza de los resultados obtenidos.

PREGUNTAS 5.- Según los conocimientos adquiridos por UD en el desarrollo de este documento. ¿Podría decir con certeza que el fallo ocurrido fue por causas geológicas o geométricas?. Explique

RESPUESTA 5 El fallo ocurrido fue por causas geológicas y geométricas, que unido con la acción de la naturaleza produjeron el deslizamiento del talud de la autopista Habana-Melena del Sur

DETALLE DE LA ESTRATIGRAFÍA LOCAL

DETALLE DE LA HIPÓTESIS 3 HIPOTESIS RESPUESTAS

SECCIÓN DE CÁLCULO (Sección 1)

TABLA RESUMEN (Sección 1)

TABLA RESUMEN

PROMEDIO DE c PARA LAS 5 SECCIONES

POSIBLE SOLUCCIÓN (Sección 3)

TABLA CASO A’ Y TABLA RESUMEN

CAUSAS DE FALLO