INTRODUCCIÓN
Como continuación a la ficha anterior, vamos a desarrollar las patologías en construcciones realizadas en laderas o terrenos rocosos con pendiente.
Los problemas que presenta la estabilidad de taludes son consecuencia de la ruptura de las condiciones de equilibrio límite de los mismos, lo que se traduce en movimientos de los taludes formados por diferentes clases de materiales. Influyen muchos parámetros intrínsecos y extrínsecos, sobre los que no vamos a extendernos ahora puesto que se estudiaron anteriormente. Aún así, la naturaleza intrínseca del material mantiene una estrecha relación con el tipo de inestabilidad que puede producirse y especialmente en el caso de terrenos rocosos.
Un macizo rocoso constituye un medio discontinuo, esto es, compuesto por bloques separados por discontinuidades naturales, previas a cualquier movimiento. Los terrenos rocosos tienen un comportamiento anisótropo que depende de las características de las discontinuidades, así como de la litología de la roca matriz y su historia evolutiva. De ahí la importancia de caracterizar el terreno y el tipo de movimiento para proceder a su estabilización o, en su caso, prevenirlo.
2.- MOVIMIENTOS EN TALUDES DE ROCA
Los movimientos que puedan llevar a la inestabilidad de los taludes en macizo rocoso son básicamente los mismos que en suelos, por lo que no vamos a extendernos aquí sobre los conceptos generales descritos en la ficha anterior. Lo que haremos será particularizar para medios rocosos.
- Desprendimientos suelen producirse en zonas de alternancias sedimentarias de capas resistentes y débiles. En medios rocosos tienen resultados catastróficos.
- Deslizamientos. De los que los deslizamientos traslacionales generalmente se desarrollan en macizos rocosos, con discontinuidades bien marcadas y de duración indefinida.
- Coladas en roca son poco frecuentes y propias de macizos estratificados no muy competentes, afectados por plegamientos intensos o pandeo.
- Vuelcos, implican una rotación de unidades con forma de columna o bloque sobre una base. Casi exclusivos de medios rocosos, condicionados por la disposición estructural de los estratos y un sistema de discontinuidades desarrollado.
Variantes son el vuelco por flexión, vuelco de bloques y vuelco mixto. El vuelco de bloques se da en macizos rocosos con sistemas de discontinuidades ortogonales que dan lugar a la fracturación en bloques.
En el estudio de la estabilidad de taludes en macizo rocoso hay que atender a la estabilidad del talud en su conjunto, pero también a inestabilidades locales.
Para el análisis de estabilidad de taludes en su conjunto se aplican clasificaciones geomecánicas que nos permiten obtener índices cuantitativos de la calidad de la roca. Estos índices de calidad según los parámetros considerados que contemplan la resistencia de la roca matriz, la disposición y el estado de las discontinuidades y la presencia de agua. De todos, los más utilizados por ser de aplicación directa en taludes son:
- Índice RMR, clasificación geomecánica de Bieniawski, utilizado para la construcción de túneles, taludes y cimentaciones.
- Índice SMR, clasificación geomecánica de Romana, más enfocado a la clasificación de taludes.
En el estudio de inestabilidades locales se va a recurrir a la proyección estereográfica o semiesférica la cual nos permite representar las orientaciones e inclinaciones principales de las discontinuidades detectadas en el trabajo de campo y sus posiciones relativas con respecto al plano del talud. De esta manera se puede deducir cuál es el tipo de rotura más probable en el talud estudiándose si se dan las condiciones para que se produzca alguna de los cuatro tipos principales de rotura que se pueden presentar en un talud en roca:
- Rotura plana
- Rotura en cuña
- Rotura por vuelco
- Rotura por pandeo de estratos
Si se dieran las condiciones para que se produjera alguna de las roturas anteriores se calcula su factor de seguridad mediante métodos numéricos o gráficamente ayudado de la proyección semiesférica equiareal de Schmidt y el concepto de cono de fricción.
Si el factor de seguridad resulta inferior a la unidad, esto es condición de inestable, será necesario un estudio de deslizamiento con las medidas correctoras a adoptar en su caso.
3.2.- TIPOS PRINCIPALES DE ROTURA EN UN TALUD EN ROCA
ROTURA PLANA. Aquella en la que el deslizamiento se produce a través de una única superficie plana. Se produce cuando existe una fracturación dominante en la roca y convenientemente orientada respecto al talud.
Es el caso de fallas, o bien siendo una familia de discontinuidades con rumbo similar al talud y buzamiento menor. También puede producirse en terrenos granulares, cuando entre dos estratos resistentes se intercala uno de poco espesor y de material menos resistente.
El factor de seguridad se entiende como la relación entre la resistencia al corte del terreno y la resistencia al deslizamiento necesaria para mantener el equilibrio estricto.
En el caso de que sea insuficiente se puede mejorar la estabilidad por medio de la colocación de anclajes.
Colocación de anclajes en talud con rotura planar (HOEK y BRAY, 1977)
ROTURA POR CUÑA es la que se produce a través de dos discontinuidades de rumbos oblicuos respecto al del talud (el rumbo de éste queda comprendido entre los de las discontinuidades), con la línea de intersección de ambas aflorando en la superficie del talud y buzando en sentido desfavorable.
Este tipo de rotura se origina preferentemente en macizos rocosos en los que se da la disposición adecuada, en orientación y buzamiento de las diaclasas.
La dirección de deslizamiento es la de la intersección de las dos familias de discontinuidades, y tendrá menor inclinación que el talud.
Rotura por cuñas (HOEK y BRAY, 1977)
También en este caso el concepto de factor de seguridad es el cociente entre la resistencia al corte y la resistencia al deslizamiento. Sin embargo su cálculo es más complejo que en rotura planar puesto que ha de hacerse en tres dimensiones.
Así mismo de existir cuñas de seguridad precaria, ésta se puede mejorar colocando anclajes que unen las cuñas al macizo rocoso.
ROTURA POR VUELCO o rotura ROTACIONAL , supone la rotación de columnas o bloques de roca.
El concepto de factor de seguridad utilizado en los casos de rotura planar o por cuña no es aplicable aquí ya que la estabilidad del talud no está proporcionada únicamente por la resistencia al deslizamiento.
VUELCO DE BLOQUES, en macizos donde hay dos familias de discontinuidades ortogonales convenientemente orientadas se origina un sistema de bloques. El empuje sobre los inferiores origina su desplazamiento lo que permite la rotación de los bloques superiores, hasta la rotura definitiva.
Por tanto la estabilidad del talud se cuantifica por medio de la fuerza estabilizador a que se ha de aplicar en la columna situada en el pie del talud para obtener el equilibrio estricto. En el momento de la rotura se pueden definir tres conjuntos de bloques:
- Un conjunto de bloques deslizantes en la región del pie del talud.
- Un conjunto intermedio de bloques volcadores.
- Un conjunto de bloques estables en la parte superior del talud.
Conjuntos de bloques en el momento de la rotura
ROTURA POR PANDEO DE ESTRATOS en taludes con elevado ángulo de inclinación y con una estratificación o fracturación de la roca paralela al talud. Si los estratos son suficientemente estrechos puede llegar a producirse el pandeo, el cual puede progresar hacia el interior del talud afectando sucesivamente a estratos subyacentes. La inestabilidad por pandeo se ve favorecida por la presencia de empujes sobre la placa o estrato superficial, procedentes del terreno subyacente.
Los tipos de rotura por pandeo que se pueden producir son:
- Pandeo por flexión de placas continuas. Consecuencia del peso propio de la placa por lo que puede evitarse limitando la altura del talud.
- Pandeo por flexión de placas fracturadas en taludes con frentes planos. Ha de existir una familia de juntas aproximadamente ortogonales a la estratificación paralela al talud. Las causas de la inestabilidad son externas a la placa, tales como empujes del terreno adyacente o presiones intersticiales. De hecho el peso del estrato superior actúa como estabilizador en oposición al giro de los bloques.
- Pandeo por flexión de placas fracturadas en taludes con frentes curvados. Se diferencia de la anterior en que la curvatura del talud hace que la inestabilidad pueda producirse con sobrecargas pequeñas.
4.- DAÑOS EN EDIFICACIONES
El origen de los daños que se producen en las construcciones situadas en terrenos rocosos con pendiente alta pueden ser:
APOYO DE LA CIMENTACIÓN SOBRE ESTRATOS DIFERENTES verticales o con buzamiento pronunciado, compuestos por altenancias de roca y suelo, pudiendo producirse importantes asientos diferenciales, dada la naturaleza geotécnica opuesta de los mencionados materiales. Por ejemplo, altenancias de margocalizas y margas, calizas y arcillas (lapiaces y zonas karstificadas), basalto y niveles piroclásticos (terrenos volcánicos), granito y arenas, etc.
INESTABILIDAD DE TALUDES, producida por un grado de fracturación importante, acentuado por el encuentro entre diferentes tipos de fracturas o discontinuidades (fallas, diaclasas, estratificación, esquistosidad) y el plano delimitado por el propio talud (roturas). Las fuerzas desestabilizadoras que permiten el movimiento por la formación de “bloques de roca”de tamaños variables, debido al encuentro de los diferentes planos descritos, son la propia gravedad, circulación de agua a favor de la pendiente, aplicación de cargas estáticas o dinámicas, etc. Los daños producidos en las construcciones, van desde deslizamiento a favor de la pendiente de algunos elementos de la cimentación (asientos diferenciales), al colapso total por movimientos de la totalidad dela cimentación.
DESPRENDIMIENTO DE BLOQUES de un talud topográficamente superior sobre la edificación, debido a la formación de bloques y caida o deslizamiento a favor de la gravedad (cuñas).
PUNZONAMIENTO DE ZAPATAS de pequeña superficie de apoyo sobre el terreno, debido a un grado de fracturación elevado no previsto del sustrato rocoso, con origen natural o por la utilización de metodos de excavación que transmitan muchas vibraciones (voladuras, martillos).
ALTERABILIDAD ALTA del macizo rocoso, debido a la circulación de agua por planos de estatificación o esquistosidad, sumado a una capacidad de alteración elevada de dicha roca. Así la roca se transforma por el agua, perdiendo sus propiedades cohesivas y de resistencia, pudiendo sufrir las edificaciones que no hubieran previsto este fenómeno en forma de inestabilidades. Esquistos micáceos y pizarras poco litificadas.
3.- PREVENCIÓN Y REPARACIÓN DE DAÑOS
Son los mismos que los expuestos en la ficha anterior de patologia de pendientes altas en suelos.
4.- CONCLUSIÓN
La realización de un estudio geotécnico completo previo a la realización del proyecto donde se determinen las características geológicas y geotécnicas del terreno de apoyo de la cimentación y un estudio adecuado de la misma adaptada a las condiciones del suelo es imprescindible para evitar patologías en las edificaciones.
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