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SOLUCIÓN INGENIERIL PARA LA ESTABILIDAD DE SUELO

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por Propex Operating Company, LLC (Propex) e Intermountain GeoEnvironmental Services,

La estabilidad de taludes tiene la capacidad de impactar fuertemente el estado de la infraestructura a su alrededor en forma positiva, apoyando dicha infraestructura o, por el contrario, causando un daño colateral desde la pérdida económica hasta la pérdida de vidas. Los medios más comunes para la estabilización de suelo pueden ser costosos y poco estéticos.

INESTABILIDAD DE SUELO

Un talud se hace inestable en el momento en que la masa de suelo se moviliza producto de los esfuerzos actuantes sobre ella  superiores a su resistencia al corte. Existen a la vez muchos factores que afectan la resistencia al corte del suelo y muchas circunstancias que pueden adherir esfuerzos a éste. Debido a la gran cantidad de variables que impactan la estabilidad de un talud es casi imposible encontrar una causa única que determine la movilización de la masa de suelo.

Si bien la implementación de medidas para corregir uno o más mecanismos de falla ha sido efectiva en la estabilización de suelo, la erosión, el desprendimiento, el transporte y la sedimentación de partículas pueden ser un factor que termina afectando la estabilidad general y debe ser diferenciado de lo que es falla de suelo, la movilización y deslizamiento de masas (Figura 1).

MODOS DE FALLA Y REFUERZO DE SUELO

 Al fallar un talud, éste tenderá a hacerlo de uno u otro modo, por falla traslacional o rotatoria. La falla traslacional es descrita como una masa de suelo que se desliza a lo largo de un plano de falla paralelo a la superficie del suelo. Típicamente esto ocurre cuando el largo de la falla es 10 veces mayor a la profundidad de la falla. Una falla rotatoria es descrita como un desprendimiento de masa de suelo más grande a lo largo de un plano circular. La incorporación de anclajes hincados cooperará en el control de cualquiera de los tipos de falla a través de un aumento pasivo de la resistencia del suelo (Fig 2).

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD

 Al utilizar la fuerza pasiva de los anclajes para resistir la presión y las fuerzas laterales relativas de la movilización de suelo, éste sistema de protección también utiliza la manta (HPTRM) para ayudar a distribuir estas fuerzas resistentes, así como también controlar la erosión. Al evaluar la estabilidad de un talud se debe efectuar una comparación de fuerzas que impulsan (aquellas que causan la falla del talud) y las fuerzas resistentes (aquellas que previenen la falla del talud). Ésta comparación, mostrada como la razón de fuerzas resistentes a las fuerzas impulsoras, es conocida como Factor de Seguridad (FS – por sus siglas en ingles), donde un valor bajo es un talud estadísticamente inestable. Los criterios de FS generalmente aceptados han sido desarrollados por el Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos (USACE – por sus siglas en inglés) para condiciones diferentes (Tabla 1).

Un FS mínimo debe ser seleccionado por el ingeniero basado en criterios tales como: tipo de proyecto, grado de incertidumbre y naturaleza del proyecto. El ingeniero debe también determinar el modo de la falla, o falla potencial, en orden a analizar el talud adecuadamente. El modo de la falla puede ser cualitativamente determinado mediante una inspección visual o una interpretación de la geometría del talud y de la información del suelo. Tanto la geometría existente como la propuesta deben ser conocidas de modo evaluar los taludes en forma correcta en cuanto a su estabilidad actual y su estabilidad propuesta. Junto al mínimo FS, el modo de falla y la geometría de talud, el ingeniero también determinar las propiedades de suelo, siendo las más importantes:

•Clasificación de suelo

 •Peso de unidad de suelo (in situ y saturado)

 •Resistencia del suelo (drenado o no drenado, en la medida que sea aplicable) directa o pruebas triaxiales

•Presencia de agua subterránea y superficial •Análisis de interacción de suelo y agua •Existencia de roca firme

 •Envolvente Mohr-Coulomb

 SOLUCIÓN INGENIERIL DE PROTECCIÓN DE SUELO

 La Solución Ingenieril de Protección de Suelo utiliza una manta de alta resistencia en conjunto con anclajes hincados con una frecuencia y profundidad definidas, para desempeñar tres funciones principales. Los anclajes son utilizados como refuerzo pasivo para así aumentar la resistencia del suelo ante la presencia de las fuerzas impulsoras. La manta de alta resistenciafunciona para distribuir la carga a lo largo de los anclajes para una mayor resistencia de las fuerzas impulsoras y actúa para establecer y reforzar la vegetación del talud, mejorando la estabilidad de largo plazo del talud e impidiendo la erosión. La composición de material de la manta crucial para una estabilización exitosa de terreno. Este materialdebe ser homogéneo, robusto, con una matriz de tres dimensiones de fibras de polipropileno tejido en forma ajustada. El ingeniero debe evitar especificar un producto no homogéneo compuesto de varios materiales engrapados o pegados y debe requerir un informe de diseño ingenieril el cual incorpore la Solución Ingenieril de Protección de Suelo que muestre el Factor de Seguridad incrementado. Se debe tener muy en consideración la resistencia a la tracción, la estabilidad UV, la flexibilidad y la penetración de luz. Los requerimientos mínimos deben influir la resistencia a la tensión de 3.000 lb/pie (ASTM D-6818), estabilidad UV de 90% de resistencia retenida a 6.000 horas (ASTM D-4355) y una penetración de luz de un máximo 20% (ASTM D-6567) en orden a demostrar una vida útil de 50 años. Los mantos de alta resistencia que contienen fibras de polipropileno de un corte trilobulado (en forma de trébol) proporcionan medios adicionales para la captura de sedimento, semillas y humedad, dando así en definitiva un establecimiento superior de vegetación y debiesen, en consecuencia, ser utilizados. Los anclajes utilizados en un sistema de protección podrán variar en su tamaño en un rango de 9 a 25 centímetros, en un largo entre 0,9 a 3,7 metros, y en un rango de resistencia de 300 libras a 5.000 libras. La resistencia está cuantificada como un valor conocido como resistencia de “tracción” y es completamente dependiente del tamaño del anclaje y las características del suelo. Esta resistencia de tracción es utilizada en el análisis de la estabilidad de suelo y puede estimarse en base a datos geotécnicos pero debe ser validada por un testeo de carga al anclaje in situ. El ingeniero debiese requerir que la resistencia a la corrosión del armado entero del anclaje exceda la vida útil de 50 años.

INSTALACIÓN DE ANCLAJES EN EL TERRENO Y CONSIDERACIONES SOBRE VEGETACIÓN

La frecuencia de instalación o espaciamiento de anclajes es un resultado del análisis de la estabilidad de suelo. Los anclajes son típicamente instalados en un patrón escalonado, creando un efecto de tablero de juego de damas. Las superposiciones del borde del rollo de manto de alta resistencia deben ser de un mínimo de 8 cm, aseguradas por anclajes de acuerdo al patrón prescrito y acompañado de soportes de seguridad en separaciones de 30 cm (Figura 3)

La instalación de anclajes involucra el uso de un martillo percutor y una guía de acero específica para instalar los anclajes a lo largo de la manta y en el suelo a la profundidad adecuada de la incrustación. Una vez guiada, el anclaje debe ser tensionada para generar su bloqueo y fijación definitiva. Éste proceso hace que la cabeza del anclaje rote y quede paralela a la cara del talud, bloqueando con ello el anclaje. Dicho bloqueo crea un cono de resistencia compresora sobre la cabeza del ancla, conocido como bulbo de presión. El establecimiento de vegetación en la solución de protección es crítico para un desempeño de largo plazo, entregando una matriz de fibras trilobuladas , raíces, tallos y tierra para servir como un mecanismo de seguridad para la solución de protección a la cara del talud. El establecimiento del método de vegetación puede ser considerado como un componente crítico del diseño de la solución de protección. Cuando una solución de protección es instalada en un talud de 3H:1V (o más plano) el manto puede ser rellenado de tierra a un máximo de 4 cm de capa vegetal orgánica para proporcionar un medio de crecimiento adicional para la vegetación. Sin embargo, para taludes más inclinados que 3H:1V el relleno de tierra no debe ser considerado. Como alternativa, la instalación de vegetación mediante semillas esparcidas (o aplicadas hidráulicamente bajo el manto), o rollos de pasto asegurados sobre el manto deben ser considerados. Si la solución de protección es instalada donde el establecimiento de vegetación no es factible, se recomienda que un geotextil liviano no tejido con una sustancial resistencia UV sea instalado bajo el HPTRM para mitigar el movimiento de las partículas del suelo fino a través de la solución de protección y a la vez proporcionar un medio poroso para facilitar un drenaje apropiado.

RESUMEN

 El uso de una solución conformada por una manta de alta resistencia  y un sistema de anclajes para la estabilización de suelo puede ser una solución económica y estética a un problema real en nuestra infraestructura del día a día. Mediante el uso de un manto de alta resistencia para promover la vegetación y el control de erosión y a la vez el uso de anclajes para mejorar la estabilidad del terreno, se logra una solución altamente ingenieril.

La solución Ingenieril de Protección de Suelos de Propex Geosolutions posee la capacidad de estabilizar un talud de una manera eficiente tanto en costo como estética. Esta solución de protección emplea el uso de una Manta de Refuerzo de Césped de Alto Rendimiento (HPTRM –por sus siglas en inglés) la cual está asegurada de forma permanente con anclajes hincados para promover la vegetación, reducir la erosión y mejorar la estabilidad de suelo.

 Referencias

1. Durham, Andy. Hartley, Kent A. Glass, David A. 2012. The Anchor Reinforced Vegetation System as an Engineered Solution for Slope Stability: Design Methodology with a Practical Case Study Example.

 

 2. U.S. Army Corps of Engineers. 2003. Slope Stability. Engineer Manual 1110-2-1902, U.S. Army Corps of Engineers, Washington, D.C. Print.

Modificado por última vez en
Ricardo Schmalbach R

Ricardo Schmalbach tiene como vocación el cuidado del ambiente, buscando siempre soluciones creativas e innovadoras, comprometidas con una ambiente sano. Es un Biólogo Marino con 24 años de experiencia en el control de erosión en costas y riberas. Preocupado por motivar a la acción para preservar el ambiente informa en esta página sobre los estudios y preocupaciones de los asociados a IECAIberoamerica

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