MOVIMIENTO EN MASA Y ESTABILIDAD DE TALUDES
Son los desplazamientos de masas de suelo, causados por exceso de agua en el terreno y por efecto de la fuerza de gravedad.
Los movimientos en masa son procesos esencialmente gravitatorios, por los cuales una parte de la masa del terreno se desplaza a una cota inferior de la original sin que medie ostensiblemente medio de transporte alguno, siendo tan solo necesario que las fuerzas estabilizadoras sean superadas por las desestabilizadoras. Este tipo de procesos gravitatorios se interrelacionan mutuamente con las precipitaciones altas, de tal forma que frecuentemente las lluvias torrenciales son causantes y/o precursoras de los movimientos en masa, ya que aumentan las fuerzas desestabilizadoras y reducen la resistencia del suelo al deslizamiento (Gray y Sotir, 1996; TRAGSA Y TRAGSATEC, 1994).
Por lo general los movimientos masales toman nombres diversos (deslizamientos, derrumbes, coladas de barro, solifluxión, hundimientos desprendimientos y desplomes) (Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, Federacafé,1975), los cuales dependen del grado de saturación del terreno, velocidad del desplazamiento, profundidad de la masa desplazada y grado y longitud de la pendiente del terreno. Por tanto, Dolffus (1973) los agrupa con el nombre de golpes de cuchara, por sus dimensiones siempre pequeñas, profundidad escasa y su relación directa con la intervención del hombre.
Los movimientos masales, están gobernados por la Ecuación de Esfuerzo o Resistencia al Cortante Tangencial.
Para el estudio de la estabilidad de una ladera contra los movimientos masales, se requiere estimar la resistencia del suelo ante la acción de esfuerzos de cortante tangencial, la cual consiste en la modelación física del fenómeno del deslizamiento y que permite establecer la resistencia máxima del suelo al movimiento de sus partículas; es decir: la fuerza que se opone al deslizamiento o resbalamiento del suelo sobre si mismo, la cual es impartida por las fuerzas cohesivas entre partículas y por la resistencia friccional entre estas cuando son forzadas a deslizarse (Gray y Sotir, 1996; Suárez, 1998).
Consecuentemente, el esfuerzo cortante es importante en la capacidad de los fluidos (agua o viento) para causar erosión. La resistencia al cortante tangencial de los suelos tiene su efecto en el arranque de las partículas del suelo, erosión por cárcavas y en las orillas de los ríos y movimientos masales (Lal,1990).
La teoría de Charles Auguste de Coulomb (propuesta en 1773) establece que un material falla cuando el esfuerzo cortante en una dirección iguala la resistencia al cortante en la misma dirección, lo cual depende de la cohesión y la fricción interna entre los granos del suelo, y está dada por la ecuación de Mohr-Coulomb:
El esfuerzo cortante, es definido por la siguiente ecuación, llamada la Ley de Coulomb,
S = C+sn tan F
Donde S es el esfuerzo cortante o resistencia al cortante tangencial, C es la cohesión del suelo, sn es el esfuerzo normal sobre un plano crítico, tan F es el coeficiente de fricción y F es el ángulo de fricción interna del suelo (Lal,1990). Terzaghi (1925) citado por Lal (1990), reportó la importancia de la presión de los poros con agua sobre el esfuerzo cortante. Existe una forma modificada de esta ecuación, llamada ecuación de esfuerzo cortante de Coulomb-Hvorslev (Hvorslev, 1937 citados por Lal, 1990).
S = C’ + s’ tan F’
Donde C’ es la cohesión efectiva del suelo (o efecto de la atracción entre partículas), s’ es el esfuerzo normal efectivo y F’ es el ángulo efectivo de la fricción normal. El esfuerzo efectivo es dado por
s’ = s - U
Donde s’ es el esfuerzo efectivo o intergranular, s es el esfuerzo total y U es la presión de los poros con agua (Lal,1990).
Según Márquez (1984), cuando existen esfuerzos neutros en el suelo, una manera más conveniente de escribir la ecuación de Coulomb es:
S = C + (s - U) tan F
Esta expresión matemática constituye sólo una simplificación muy grande de una relación compleja. Coulomb supuso que C y F eran constantes e independientes una de la otra; sin embargo, no son ni lo uno ni lo otro. No obstante a pesar de su simplicidad, la ecuación de Coulomb ha venido siendo usada actualmente, aún en análisis complicados relativos a la resistencia al cortante de los suelos (Márquez, 1984).
TALUDES
Se comprende bajo el nombre genérico de taludes cualesquiera superficiesinclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente lasestructuras de tierra, bien sea en forma natural o como consecuencia de laintervención humana en una obra de ingeniería. Desde este primer punto de vistalos taludes se dividen en naturales (laderas) o artificiales (cortes y terraplenes).Aun cuando las laderas naturales pueden plantear y de hecho plantean problemasque pueden llegar a ser de vital importancia, en este capítulo se tratarán enforma predominante los taludes artificiales, pero se mencionarán lascaracterísticas más importantes que pueden ser fuente de preocupacióningenieril en las laderas naturales.IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES.-El moderno desarrollo de las actuales vías de comunicación, tales como loscanales, caminos o ferrocarriles, así como el impulso de la construcción de presasde tierra ha recibido en todo momento en los últimos años y el desenvolvimientode obras de protección contra la acción de los ríos, por medio de desbordes, etc.,han puesto al diseño y la construcción de taludes en un plano de importanciaingenieril de primer orden. Tanto por el aspecto de inversión como por el deconsecuencias derivadas de su falla, los taludes constituyen hoy una de lasestructuras ingenieriles que exigen mayor cuidado por parte del proyectista.Es obvio que la construcción de estas estructuras es probablemente tan antiguacomo la misma humanidad; sin embargo, durante casi toda la época histórica yhan constituido un problema al margen de toda investigación científica; hastahace relativamente pocos años los taludes se manejaron con normas puramenteempíricas, sin ningún criterio generalizador de las experiencias adquiridas, laexpansión del ferrocarril y el canal primero y de la carretera después, provocaronlos primeros intentos para el estudio racional de este campo; pero no fue sinohasta el advenimiento de la actual Mecánica de Suelos cuando fue posible aplicaral diseño de taludes normas y criterios, que sistemáticamente tomasen en cuentalas propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos constitutivos, obteniendoexperiencia sobre bases firmes y desarrollando las ideas teóricas que permitenconocer cada vez más detalladamente el funcionamiento particular de estasestructuras. La historia del desarrollo de la técnica constructiva de presas detierra y de los métodos de análisis de las mismas es uno de los tantos ejemplos enapoyo de la afirmación anterior; hoy gracias al aporte de la Mecánica de Suelos alanálisis de taludes, entre otras razones se constituyen doquiera presas que haceapenas 30 ó 40 años se estimarían imposibles de realizar.
AGUAS CONTINENTALES
Aguas superficiales son las aguas que circulan sobre la superficie del suelo. El agua superficial se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el afloramiento de aguas subterraneas. Pueden presentarse en forma correntosa, como en el caso de corrientes, rios y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, oceanos y mares.
Para propósitos regulatorios, suele definirse al agua superficial como toda agua abierta a la atmósfera y sujeta a escorrentía superficial. Una vez producida, el agua superficial sigue el camino que le ofrece menor resistencia. Una serie de arroyos, riachuelos, corrientes y ríos llevan el agua desde áreas con pendiente descendente hacia un curso de agua principal.
Una área de drenaje suele denominarse como cuenca de drenaje o cuenca hidrografica.
La calidad del agua está fuertemente influenciada por el punto de la cuenca en que se desvía para su uso. La calidad de corrientes, ríos y arroyos, varía de acuerdo a los caudales estacionales y puede cambiar significativamente a causa de las precipitaciones y derrames accidentales. Los lagos, reservorios, embalses y lagunas presentan en general, menor cantidad de sedimentos que los ríos, sin embargo están sujetos a mayores impactos desde el punto de vista de actividad microbiológica. Los cuerpos de agua quietos tales como lagos y reservorios, envejecen en un período relativamente grande como resultado de procesos naturales. Este proceso de envejecimiento está influenciado por la actividad microbiológica que se encuentra relacionada directamente con los niveles de nutrientes en el cuerpo de agua y puede verse acelerada por la actividad humana.
Impactos en aguas superficiales
Por contaminación de las aguas superficiales, se entiende la incorporación de elementos extraños (de naturaleza física, química o biológica), los cuales hacen inútil su uso (para beber, vida acuática, recreación, riego, en industria, energía, transporte).Distintas actuaciones tienen que ver con la contaminación de las aguas superficiales.
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Industrias o centrales que utilizan el agua como refrigerante. El
correspondiente vertido de agua a mayor temperatura.
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Industrias que vierten aguas residuales. También, provenientes de zonas
urbanas.
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Dragado de ríos, lagos, estuarios, zonas costeras, en presas.
·
Construcción de presas. Canalización de ríos.
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Deforestación. Desarrollo agrícola con uso de agroquímicos.
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Vertido de residuos tóxicos y peligrosos por la explotación minera.
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Derrames o vertidos por la industria petrolera.
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Proyectos urbanos adyacentes a ríos, lagos, estuarios o áreas de costa.
La contaminación de las aguas por
acción del hombre, comenzó a ser sensible al organizarse las ciudades.
La preocupación inicial del hombre urbano era por su salud en relación
con los residuos orgánicos, expresada con baños alejados del resto de
las casas, en canales abiertos en las calles, y finalmente en drenajes.
El sistema de drenajes que conducía el agua servida a letrinas, fue
posteriormente reemplazado por vertidos hacia ríos importantes o hacia
el mar. Esta situación se agravó por el desarrollo industrial y el uso
de las masas de agua como depositarias de tales residuos. Recién a
comienzos del siglo XX comenzó la preocupación por el tratamiento en
pozas sépticas que ha ido evolucionando a sistemas más avanzados de
depuración. Inicialmente, estos sistemas se preocupaban más por la
separación de los elementos contaminantes, para ahora incluir en esa
preocupación a la eliminación de los elementos residuales de la propia
depuración.La calidad del agua
Pero, ¿qué califica al agua para considerarse apta para distintos usos?. La calidad del agua puede medirse a través de sus características físicas, químicas y biológicas. Cada una de ellas puede a su vez ser caracterizadas por distintos parámetros, generalmente según su origen, conforme se indica en la tabla siguiente.
Características asociadas a la calidad del agua
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Características
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Fuentes
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Propiedades
físicas
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Color
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Residuos
domésticos e industriales, descomposición de materiales
orgánicos.
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Olor
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Aguas
residuales en descomposición, residuos industriales.
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Sólidos
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Abastecimiento
de agua, residuos domésticos e industriales, erosión de suelos,
infiltración de aguas subterráneas, residuos mineros.
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Temperatura
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Residuos
domésticos e industriales y mineros. Centrales.
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Componentes
químicos
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Orgánicos
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Carbohidratos
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Grasas animales, aceites, grasas
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Pesticidas
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Residuos
agrícolas
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Fenoles
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Residuos
industriales
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Proteínas
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Contaminantes principales
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Detergentes
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Compuestos orgánicos volátiles
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Otros
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Descomposición
natural de materiales orgánicos.
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Inorgánicos
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Alcalinidad
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Residuos
domésticos, abastecimiento de agua, infiltración de aguas
subterráneas.
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Cloruros
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Residuos
domésticos, abastecimiento de agua, infiltración de aguas
subterráneas
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Metales pesados
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Residuos
industriales
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Nitrógeno
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Residuos
domésticos y agrícolas
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Acidez
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Fósforo
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Contaminantes principales
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Residuos
domésticos, actividades comerciales e industriales
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Azufre
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Residuos
domésticos, abastecimiento de agua, actividades comerciales e
industriales.
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Gases
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Sulfuro de hidrógeno
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Descomposición
de residuos domésticos.
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Metano
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Descomposición de residuos domésticos.
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Oxígeno
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Abastecimiento
de agua, actividades comerciales e industriales.
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Constituyentes
biológicos
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Animales
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Cursos de agua
abiertos y plantas de tratamiento.
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Plantas
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Cursos de agua
abiertos y plantas de tratamiento
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Bacterias
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Residuos
domésticos, infiltración de aguas superficiales, plantas de
tratamiento.
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Virus
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Residuos
domésticos.
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