Estabilidad de taludes

La mayoría de los contratistas generales trabaja muy bien en construcción verticales, sobre el nivel del terreno; sin embargo, bajo el nivel del terreno muchos de ellos tienen dificultades. Son números los que pierden dinero en sus proyectos, debido a problemas en el subsuelo.

A menudo se escoge el gerente el proyecto por su capacidad ara levantar estructuras de acero, colar concreto o efectuar otras construcciones verticales, pero con mucha frecuencia no entiende los problemas que se presentan en el subsuelo por lo que pronto se encuentra con graves dificultades, y tiene que pedir ayuda.

La construcción en el subsuelo es tan difícil y exigente como la que se realiza sobre el terreno.

Angulo de inclinación

Muchas excavaciones se inician con un corte vertical.  Algunos suelos se mantienen erectos hasta profundidades considerables, cuando se cortan verticalmente; pero la mayoría se desploma.  Cuando los taludes verticales se desploman hasta un ángulo estable, grandes bloques de material pueden caer al fondo de la excavación.

En general, en los suelos arenosos, la arna tenderá a deslizarse y desplomarse durante el proceso de excavación.  Por lo común, ésta se estabiliza a un determinado ángulo, sin riesgos importantes.

No obstante, los suelos limosos, arcillosos o de arena cementada se excavan a veces hasta profundidades considerables, antes de que los grandes bloques de material se deslicen hasta el fondo.  

Durante las excavaciones se puede calcular el ángulo al que puede esperarse que se mantenga el suelo temporalmente.  En la tabla 1 se presentan algunos ángulos aproximados y empíricos.

Al iniciar una excavación, es más fácil comenzar el corte en el ángulo de inclinación propuesto.  Si el ángulo deseado del talud temporal tiene una relación de una horizontal a uno vertical y la profundidad de la excavación es de 15 pies (4.5 m), la parte superior de la excavación debe principiarse a 15 pies (4.5 m) fuera del fondo propuesto.

Tabla 1

Tipo de suelo	Algunos ángulos típicos de inclinación temporal
1.     Arena o arena y grava	45° para laderas mojadas; 35° o 1 ½ a 1 para laderas secas; los taludes húmedos deben ser más tendidos.
2.     Arena cementada	Vertical a 10 pies (3 m); ½ a 1 a 20 pies (6m) o más; ¾ a 1 para taludes altos.
2.     Arena cementada	Vertical a 3 pies (0.90 m); ½ a 1 a 6 pies (1.80 m); ¾ a 1 a 10 pies (3 m); 1 ½ a 1 para laderas altas.  Para taludes húmedos, inclinaciones menores, de hasta 4 a 1.
3.     Limo blando o arcilla blanda	Vertical a 6 pies (1.80 m); ½ a 1 a 10 pies más altos; pero las inclinaciones deberán ser menores par laderas mojadas.
4.     Limo o arcilla moderadamente firme	Vertical a 10 pies (3 m) ½ a 1 a 20 pies (6 m); ¾ a 1 a 30 pies (9 m); la 1 para taludes más altos, excepto taludes planos en suelo mojado.
5.     Limo o arcilla firme	Vertical a 10 pies (3 m) ½ a 1 a 20 pies (6 m); ¾ a 1 a 30 pies (9 m); la 1 para taludes más altos, excepto taludes planos en suelo mojado.

Hay muchas excepciones.  Los “valores típicos” anteriores no son para utilizarlos en el diseño de taludes.  La ley federal conocida como “Ocupational Sfety and Health Act”, así como también los códigos industriales estatales, limitan la altura de los cortes verticales no apuntalados, donde haya hombres trabajando.

Socavaciones

Después de cortar un talud, a veces es necesario socavarlo para introducir cimentaciones o líneas de servicio público.

Cuando es necesario socavar y no es posible lograr un ángulo estable para el talud, la socavación deberá hacerse en secciones estrechas.  La parte superior del talud deberá descargarse todo lo que sea posible y no deberá dejarse encima ningún equipo de construcción.

A veces, los taludes se socavan en el proceso de la excavación.  El suelo se desploma y corre hasta la máquina excavadora.  Esto no es muy peligroso en arena limpia, que se deslizará hasta su ángulo de reposo; no obstante, puede resultar peligroso en suelos cementados, arenas mojadas, con aparente cohesión, o limos y arcillas que permanecerán verticales temporalmente y, luego, un gran bloque se desprenderá y caerá como un deslizamiento de tierras.

Erosión

Las laderas de excavación no tienen ningún recubrimiento y ninguna protección natural, por lo que son muy susceptibles a la erosión por fuertes lluvias.

Es muy importante limitar la cantidad de agua que corre por las laderas de excavaciones.  Esto se puede hacer mediante la construcción de un dique o una barrera en la parte superior de talud, que desvíe al agua de la excavación, en lugar de correr sobre el talud.

Antes de lluvias inminentes, el frente de la excavación también se puede proteger cubriéndolo con láminas de materiales plásticos, o bien, rociándolo con varios materiales impermeables.  El silicato de sodio es uno de los materiales que se utilizan con este fin (una modificación del proceso de Joostn).  Este material se puede inyectar en una ladera, o bien, se puede rociar sobre la superficie de un talud.

Agrietamiento

El agrietamiento de las laderas excavadas en pendientes muy inclinadas puede plantear un problema grave, como resultado de la desecación del suelo.  El suelo tenderá a desmoronarse y desplomarse.  Lo que es todavía peor es que las grietas profundas pueden hacer que se deslicen grandes bloques de material.  A menudo, los taludes parecen encontrarse en una pendiente segura; pero puede caer algún boque de material que se desprenda de la pared de la excavación, lo cual suele provocar muchos daños y heridos.

Luego, cuando se completa el relleno, el suelo puede volver a mojarse.  En esas condiciones, el suelo puede dilatarse y, quizá, resquebrajar muros o losas de concreto situados sobre el talud.

Los agrietamientos se pueden reducir con facilidad, limitando la evaporación del agua.  A veces esto se lleva cabo rociando frecuentes o “aspersiones atomizadas” de las laderas.

Figura anterior.  Guía para establecer la distancia de seguridad desde el borde de los taludes o las laderas, para le almacenamiento de materiales o la colocación de equipos.

También se puede lograr mediante un recubrimiento protector de la ladera.  Los recubrimientos de protección pueden ser láminas de material plástico, compuestos químicos rociados, materiales bituminosos rociados u otros materiales impermeables.

Cargas en la parte superior del talud.

Es natural que los contratistas depositen maquinaria en la parte superior de los taludes, amontonen el exceso de materiales de excavación en el suelo, o bien, almacenen materiales de construcción en la parte superior de las laderas.  Además, la maquinaria pesada puede causar vibraciones que aumenten los riesgos de desplome de las laderas.

La distancia hacia atrás del borde superior de una ladera puede estimarse como guía aproximada, suponiendo que el talud podría considerarse seguro, si fuera más alto; pero se situará en el ángulo de inclinación utilizado al efectuar la excavación.  Si ese ángulo de inclinación es de ¾ a 1, por ejemplo, y el peso sobre las bases de una unidad del equipo es de 500 Lb/pie2 (2,2400 kg/m2), esto equivaldría a hacer que la excavación tuviera 5 pies (1.5 m) más de profundidad.  Esto se ilustra en la figura .  Puesto que el equipó se puede utilizar para levantar cargas, puede aumentar la presión máxima ejercida sobre la base más cercana a la excavación.  Al efectuar los cálculos, este aumento debe agregarse a la carga de las bases.  Por ejemplo, si al elevar alguna carga, de las bases se debe incrementar a 1,000 Lb/pie2 (4,880 kg/m2), la altura equivalente de suelo nuevo es de 10 pies (3 m).  Como se muestra en la figura , los 10 pies (3 m) de suelo nuevo se pueden reemplazar con un bloque de material.  El borde del bloque se encuentra aproximadamente a 4 pies (1.20 m) de distancia del borde de la ladera.  La base de la grúa debe mantenerse también por lo menos a 4 pies (1.20 m) de distancia del borde de la excavación.

Detección de movimiento

Los deslizamientos de tierras y las fracturas de las laderas no se producen de pronto y sin advertencias.  Dan señales de la inminencia de la fractura, antes de que se produzca realmente.  El problema más importante consiste en que muchas veces no se observan o toman en consideración esas indicaciones.

Durante el funcionamiento de equipos en posiciones precarias en la parte superior de pendientes, debe darse a alguien la tarea específica de inspeccionar con frecuencia la parte superior del talud.  Se deberá observar si hay señales de agrietamientos a una distancia de borde igual a la altura del talud.  Asimismo, se deberán observar los hinchamientos en el centro o al pie de la ladera y las partículas de tierra que se desprendan del talud por debajo de la maquinaria.

Los movimientos ligeros de las ladras se pueden descubrir observando puntos fijos de referencia.  Un método más conveniente, pero también más costoso, consiste en instalar recubrimientos especiales en orificios perforados.  Esos casquillos o recubrimientos y los instrumentos para medir sus movimientos se pueden obtener en varios lugares; sin embargo, sería mejor trabajar con un ingeniero de suelos que esté familiarizado con el funcionamiento de esos equipos.

Cortes verticales

En algunos casos se pueden hacer cortes verticales en suelos cementados o que se componen de limos o arcillas de gran cohesión.  También se pueden efectuar cortes verticales en suelos arenosos que tienen una “cohesión temporal aparente”, debido a su contenido de agua.

En general, los cortes verticales se deben considerar temporales y rellenarse o estabilizarse en alguna otra forma, tan pronto como sea posible.

En general la máxima altura vertical a la que se puede mantener un suelo limoso o arcilloso es igual a la expresión siguiente:

La cohesión se mide mediante pruebas de laboratorio, y se debe incluir en los informes de suelos.

En un terreno arcilloso con una cohesión de 500 Lb/pie² (2,440 kg/m²) y un peso de 100 Lb/pie³ (1,625 kg/m³), la altura temporal a la que se puede cortar un tlud vertical es de 10 pies (3 m).  Este cálculo no incluye ningún factor de seguridad.  Con un factor de seguridad de 1.5, latura permitida del corte sería de 6 ½ pies (1.95 m).

En general, se deben evitar los cortes verticales.  Los operadores de equipos no deben iniciarse ninguna excavación verticalmente para descubrir, cuando concluye el trabajo, que es muy difícil volver atrás y tender el talud.  Las excavaciones deben iniciarse de acuerdo con las líneas de corte requeridas para la pendiente deseada.

Si una ladera es demasiado escarpada y comienza a desplomarse, el método más evidente de estabilización consiste en disminuir su pendiente.  Cuando no haya espacio para tender un talud, se necesitará tomar alguna otra medida.  Es conveniente que esas medidas se tomen antes de iniciar una excavación o antes de que se haya avanzado demasiado.

Los métodos de estabilización incluyen:

Desagüe: En muchos casos la extracción de agua muy atrás de las pendientes, utilizando pozos o “web points”, hace aumentar la estabilidad de las laderas.

Cubierta de gunite:  Si la ladera no tiene una pendiente excesiva, una cubierta de gunite retendrá a veces la humedad del suelo y agregará cierta resistencia.

Productos químicos:  Cuando es necesario cortar laderas muy escarpadas en zonas con grandes limitaciones de espacio, es posible estabilizar algunos suelos, inyectándoles productos químicos.

Apuntalamiento:  Con frecuencia los taludes se estabilizan por medio de apuntalamientos.

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