ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES CON SLIDE

Zona de estudio: Morro Solar – Chorrillos



Curso: Geotecnia.
Profesor: Olimpio Ángeles.
Alumno: Carmen Izquierdo.
Código: 11160197.
Año: 2015

INTRODUCCIÓN

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS ACANTILADOS DE LIMA.

Los acantilados forman parte del antiguo cono de deyección del río Rímac, sobre la cual se encuentra localizada Lima Metropolitana. En cuanto a su origen, se sabe que el suelo de Lima inicialmente estuvo debajo del mar hasta el período geológico correspondiente al Cretácico Superior. En este período, emergió sobre el nivel del mar con una erosión profunda y un relleno producido por el río Rímac en el Cuaternario, formando así la faja costera sometida a erosión activa por parte de los ríos, con acumulación de los materiales que acarrean formando el actual cono de deyección. Ese cono, que tenía una extensión frontal mayor, ha sufrido erosión marina, formándose así los actuales acantilados del litoral limeño, que empiezan en el Callao (8 m.s.n.m.). Más adelante, a la altura del cuartel San Martín en San Isidro, alcanza hasta 70m.s.n.m., hacia Barranco y Chorrillos llega a 43 m.s.n.m. Los depósitos aluviales que forman el acantilado, se presentan totalmente heterogéneos. Desde el punto de vista petrográfico, se puede clasificar como un conglomerado de cantos rodados y gravas de origen ígneo, mezclados íntimamente con arenas y material limo-arcilloso que actúan de matriz en mayor o menor grado, muchas veces formando lentes de espesor variable. Otra característica importante de los acantilados es la presencia de costras calcáreas entre Chorrillos y Miraflores, cuyo origen está relacionado con los afloramientos de agua subterránea que en su recorrido atravesó formaciones calcáreas (caliza) las que se disolvieron por acción química y fueron transportados a la superficie libre de los acantilados donde precipitaron por encontrarse a diferentes condiciones de termodinámica. El espesor de las costras varía desde 15 cm. hasta aproximadamente 2 m. y alcanzan alturas de jasta 30 m. sobre el nivel de la pista. En algunas zonas se pueden apreciar oquedades en su estructura.

Se conoce con el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las masas de tierras. Se puede definir taludes como: Son las obra, normalmente de tierra, que se construyen a ambos lados de la vía (tanto en excavaciones con un terraplén) con una inclinación tal que garanticen la estabilidad de la obra. Los taludes tienen zona de emplazamiento que comprende, además de la vía, una franja de terreno a ambos lados de la misma. Su objetivo es tener suficiente terreno en caso de ampliación futura de la carretera y atenuar en gran medida, los peligros de accidentes motivados por obstáculos dentro de dicha zona, los cuales deben ser eliminados.

Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina ladera natural o simplemente ladera. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte, se realiza una excavación en una formación térrea natural, en tanto que los taludes artificiales son los inclinados de los terraplenes. También se producen taludes en los bordes de una excavación que se realice a partir del nivel del terreno natural, a los cuales se suele denominar taludes de la excavación.

No hay duda de que el talud constituye la estructura más complejo de las vías terrestres; por eso es preciso analizar la necesidad de definir criterios de estabilidad de taludes entendiéndose, por tales algo tan simple como el poder decir en un instante dado cuál será la inclinación apropiada en un corte o en un terraplén. A diferentes inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material térreo por mover y por lo tanto, diferentes costas.

Los problemas relacionados con la estabilidad de laderas naturales difieren radicalmente de los que se presentan en taludes construidos por el ingeniero. Dentro de éstos deben verse como esencialmente distintos los problemas de los cortes y los de los terraplenes. Las diferencias importantes radican, en primer lugar, en la naturaleza de los materiales involucrados y, en segundo, en todo un conjunto de circunstancias que dependen de cómo se formó el talud y de su historia geológica, de las condiciones climáticas que privaron a lo largo de tal historia y de la influencia que el hombre ejerce en la actualidad o haya ejercido en el pasado.

OBJETIVOS

Reconocer y clasificar unidades geotécnicas de acuerdo a las propiedades y materiales que presenta cada estrato de roca y capa de suelo.

Recopilar información que permita el análisis por software de las unidades geotécnicas en este caso aplicado para la estabilidad de taludes.

Encontrar el factor de seguridad (FS) adecuado para el talud estudiado.

UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
El distrito de Chorrillos se encuentra ubicado en el Departamento de Lima, Provincia de Lima, en la Costa Peruana a orillas del Mar (Océano Pacifico), a una distancia aproximada de 20 km. del centro de la Ciudad de Lima.
El distrito de Chorrillos está limitado por:
El norte, con el distrito de Barranco.
El noreste, con el distrito de Santiago de Surco.
El este, con el distrito de San Juan de Miraflores.
El sur este, con el distrito de Villa el Salvador
El Oeste, con el Océano Pacífico.

La extensión geográfica queda definida, aproximadamente por las siguientes coordenadas geográficas:

77º 03´ a 76º 97´ Longitud Oeste.
12º 15´ a 12º 23´ Latitud Sur.

La superficie del distrito de Chorrillos tiene una extensión territorial aproximadamente de 44 Km2, con una cota promedio de 43 metros sobre nivel del mar.


GEOLOGÍA GENERAL Y LOCAL
En el área del Distrito de Chorrillos, aflora una secuencia sedimentaria que abarca desde el cretáceo inferior al cuaternario reciente. Durante el cretáceo inferior en el distrito de Chorrillos tuvieron lugar la unidad estratigráfica del Morro Solar. Y durante la era del cuaternario reciente tuvo lugar los sedimentos no consolidados. La geología del Morro Solar está conformada principalmente por tres formaciones, Marca vilca, La Herradura y el Salto del Fraile. Los sedimentos no consolidados están representados por depósito detríticos cuaternarios, los cuales comprenden los materiales detríticos aluviales, de playa y eólicos.

ESTRATIGRAFIA

La columna cronoestratigráfica del área en estudio se halla conformada por unidades sedimentarias del Cretáceo inferior al Cuaternario reciente. El prisma sedimentario alcanza aproximadamente los 2 000 metros de espesor. Las características litológicas de las unidades sedimentarias, observadas en el área de estudio se detallan a continuación, indicando sus aspectos morfológicos más saltantes.

Grupo Morro Solar: (Ki-ms) Se halla conformado por rocas de las formaciones Salto de Fraile, Herradura y Marcavilca, que en conjunto constituyen una gruesa secuencia clástica de areniscas, lutitas y ocasionales horizontes volcánicos. En el campo se distinguen por su color blanco grisáceo a pardo claro; frecuentemente la secuencia se halla afectada por diques, sills y pequeños stocks. Por sus características litológicas se considera que los sedimentos de esta unidad fueron depositados en un ambiente de transgresiones y regresiones marinas continuas. La edad del grupo se asigna al Cretáceo inferior y su espesor se estima en 800 m. Afloramientos de este grupo ocurren en el extremo norte del área de estudio, muy cerca del litoral marino, donde conforma un relieve de pequeñas lomadas.

Depósitos Aluviales: (Qr-a) Consisten de acumulaciones fluviales de materiales sueltos o poco consolidados de naturaleza heterogénea y hetrométrica, que ha sido transportados grandes distancias por las corrientes. Están conformados por cantos y gravas redondeadas, envueltos en una matriz areno-limosa, que se depositaron durante el Holoceno. Es la unidad sedimentaria de mayor distribución en el área de estudio, donde conforma la extensa planicie que se extiende en la margen derecha del río Cañete, hasta aproximadamente la localidad de Cerro Azul.

Depósitos Coluviales: (Qr-co) Son acumulaciones constituidas por materiales de diverso tamaño pero de litología homogénea, englobados en una matriz arenosa que se distribuye irregularmente en la base de las vertientes, habiéndose formado por alteración y desintegración de las rocas ubicadas en las laderas de los cerros adyacentes. Se caracterizan por contener gravas y bloques angulosos a sub angulosos distribuidos en forma caótica, sin selección ni estratificación aparente, con regular a pobre consolidación; ocasionalmente contienen algunos horizontes lenticulares limoarenosos. En algunos sectores estos materiales cubren localmente depósitos aluviales más antiguos, enmascarándolos; en otros tramos, son las arenas eólicas las que cubren a los depósitos coluviales.

Depósitos Eólicos: (Qr-e) Son acumulaciones de arenas depositadas por el viento en las planicies que conforman la penillanura costera; en el área en estudio, ocurren como mantos de arena de unos pocos metros de espesor o como pequeñas dunas aisladas. Las arenas son de grano medio a grueso y de color gris oscuro por su contenido de minerales ferromagnesianos o arenas finas cuarzosas de color más claro y de mayor movilidad. En la variante, esta unidad se desarrolla como un manto arenoso de considerable espesor en la planicie que se extiende al norte de Cerro Azul (ver foto 3 de la galería fotográfica volumen V de anexos), y como pequeñas dunas aisladas que presentan una característica ornamentación de ripple marks (ondulaciones), en las cercanías de Ihuanco al pie de Cerro Grande.

ROCAS INTRUSIVAS Y SUBVOLCANICAS Las rocas intrusivas se hallan representadas por el conjunto de intrusiones del Batolito de la Costa, cuyas clasificaciones petrológicas en la región varían desde monzogranitos a monzodioritas, etc. Estos cuerpos intrusivos se exponen al norte de la franja evaluada, a partir de la localidad de San Luis, donde ocurren en forma de cerros prominentes de relieve abrupto, que presentan moderado grado de fracturamiento y alteración, pero también presentan gran dureza. En los taludes son estables, pero en ocasiones son proclives a la formación de bloques; la caída de estos fragmentos forma acumulaciones de coluvios en las bases de los cerros (ver foto 4 de la galería fotográfica, volumen V de anexos). Los cuerpos subvolcánicos se presentan en forma de diques o pequeños stocks hipabisales y de acuerdo a su composición varían de andesitas a microdioritas, las andesitas son frecuentemente porfiríticas. En los afloramientos aunque relativamente fracturadas y algo alteradas, se muestran muy duras y resistentes. Por sus pequeñas dimensiones no han sido individualizadas en el mapa geológico.



TECTÓNICA

En el área de estudio, las unidades sedimentarias de la faja costanera y estribaciones andinas presentan una deformación relativamente suave por efectos de las fases tectónicas andinas. El batolito costanero sigue una orientación NO-SE sensiblemente paralelo al litoral, correspondiendo su emplazamiento probablemente a una zona de falla. Debido a la extensa cobertura aluvial y al predominio de rocas intrusivas en los macizos rocosos, no han sido observados pliegues ni fallas tectónicas.

GEODINÁMICA

El territorio nacional, debido a su accidentada fisiografía y diversidad de condiciones climáticas, se encuentra afectado por diversos procesos geodinámicos activos. Sin embargo, en la costa, estos fenómenos se manifiestan en magnitudes limitadas por la condición extremadamente desértica del clima. En el área de estudio, los fenómenos geodinámicos se manifiestan bajo la forma de desprendimientos de bloques, inundaciones y erosión lateral, entre los procesos principales. Además, cabe destacar, que los frecuentes terremotos que ocurren en la región, contribuyen a la desestabilización de taludes, iniciando nuevos desprendimientos o reactivando los existentes. La construcción de carreteras y canales de irrigación también contribuyen a la desestabilización de taludes.


ASPECTOS GEOTECNICOS

Durante la etapa de campo se realizó in situ, un análisis preliminar de las condiciones geotécnicas del tramo en estudio, determinándose las características granulométricas de los suelos y sus parámetros geotécnicos.

En términos generales se puede mencionar, que las características geotécnicas de las unidades sedimentarias que ocurren en la zona, son las siguientes: Los suelos aluviales recientes, de la planicie en la que se emplaza gran parte del trazo, se encuentran constituidos por una mezcla de gravas con limos, correspondiendo según la clasificación SUCS a suelos GM, que se caracterizan por su permeabilidad elevada, una muy débil compresibilidad y expansión, una buena a regular resistencia a la cizalladura cuando están compactados y saturados; siendo su facilidad de tratamiento en obra buena. Son suelos de consistencia firme, con una suceptibidad a licuefacción nula a baja y una capacidad portante buena. Son suelos de consistencia firme, con una suceptibidad a licuefacción nula a baja y una capacidad portante buena. Su índice de plasticidad se halla entre 1 y 5. Los suelos de la planicie árida, arenosa que se extiende al norte de Cerro Azul, están constituidos fundamentalmente por arenas que no presentan plasticidad. Según la clasificación SUCS corresponden a suelos SW (arenas bien equilibradas) donde los escasos elementos finos presentes no afectan al drenaje interno ni a las características de resistencia del suelo. Se caracterizan por su excelente permeabilidad, casi nula compresibilidad y expansión, una excelente existencia a la cizalladura y una compresibilidad despreciable cuando están compactados y saturados, siendo su facilidad de tratamiento en obra, excelente. Son suelos de consistencia suave, con una elevada suceptibidad de licuefacción y una capacidad portante buena; con un índice de plasticidad menor a 1.

Se estableció criterios para clasificar las zonas de acuerdo a los factores de seguridad estáticos hallados, los que se encuentran en la siguiente tabla:





Se establecieron tres tipos de taludes:




DATOS DE LA SALIDA DE CAMPO

Se identificó 3 capas de suelo de los cuales se obtuvo los siguientes parámetros:
UG
Espesor (m)
TIPO DE MATERIAL
SUCS
P.U/Densidad
C (Kpa)
F
E
U
I
15
Q-al
GW
23KN/m3
100.00
45
1000
0.30
II
3
Q-al
SP
20KN/m3
50.00
40
500
0.35
III
12
Q-al/Q-l
CM
16KN/m3
200.00
15
300
0.40
PARAMETROS GEOTECNICOS






PROCESAMIENTO POR SLIDE

Una vez ingresado los datos al software, se obtendrá la forma general del terreno:


CONDICIONES ESTÁTICAS

Al aplicar una carga de 150 KN/m obtenemos el siguiente resultado:


4m
4m


11 m
11 m








El factor de seguridad (FS) es igual a 1.624, aplicando a 15 metros del borde del talud una carga de 150 KN/m se observa que esta no llega al posible plano de falla.
CONDICIONES DINÁMICAS

Aplicando la misma carga de 150 KN/m y añadiendo un factor sísmico de 0.2 se obtendrá lo siguiente:









El factor de seguridad disminuye a 1.328, además que el plano de posible falla, que se encuentra con la carga sísmica, está sobre el espacio que ocupa la carga de 150 KN/m, haciéndolo vulnerable a sismos.
Para poder corregir este resultado se tuvo que desplazar la carga unos 25 metros desde el borde del talud para que esta carga no sea afectada por los posibles planos de fallas del talud.









CONCLUSIONES

Del análisis y evaluación geotécnica de la zona correspondiente a los acantilados de Chorrillos determinaron que los materiales que predominan en esta zona son suelos finos (limos, limos-arenosos) y friccionantes (gravas con matriz arenosa, lentes de arena fina a media) en potencias variables. Existen alternancias de arcillas de mediana plasticidad y paquetes de gravas de forma lenticular de longitudes entre 15 a 25 m y espesores de 2 a 3 m. La cara del talud se presenta meteorizada en un espesor de 15 a 20 cm. Detrás de esta capa se presenta la grava de matriz arenosa de grano medio a fino en estado compacto, que se encuentra estable debido a la cohesión aparente ocasionada por la precipitación de los carbonatos en la constitución de la matriz arenosa.

Se debe variar la posición de la carga varias veces hasta obtener un resultado óptimo, en este caso, alejado de los posibles planos de falla del talud.

Una carga sísmica disminuirá el FS (factor de seguridad), pudiendo generar problemas si es que no se toma en consideración cuando se aplica una carga.

Se debe tener los parámetros geotécnicos tomados de la mejor manera para obtener los resultados óptimos y confiables.

Del análisis de estabilidad se obtuvieron valores de factores de seguridad cercanos a la unidad, los que permitieron clasificar a esta zona como probablemente inestable o crítica ante eventos sísmicos. En base a ello, se incluyó a los acantilados de Chorrillos dentro de la zona de potencial peligro

Así, al hallar que los acantilados de Chorrillos presentan riesgos superiores al medio y valores de factor de seguridad cercanos a la unidad, se considerará esta zona como de potencial peligro ante eventos sísmicos, como se observa en el Plano P-05: Microzonificación Geotécnica. De acuerdo a la información geotécnica descrita anteriormente, se determinó que la zona de los Acantilados de Chorrillos presenta riesgo superior al medio en relación a la Norma Española de Estabilidad de Taludes.