Estabilidad de Taludes: Algunos Casos de Estudio en la Ciudad de Manizales y sus Alrededores

Diseño de talud para construcción de un silo

Un talud es una superficie de terreno inclinada respecto a la horizontal y puede ser de dos tipos:

• Natural, ó
• De Ingeniería

Un talud natural, o ladera, se encuentra como parte del paisaje de cañones y flancos de valles, y ha sido modelado por diferentes procesos, entre ellos la erosión, los movimientos en masa o movimientos sísmicos.

Un talud de ingeniería, responde a un diseño y puede ser de alguno de los siguientes tipos: (1) Terraplén, (2) Corte y (3) Muro de Contención.

Como se indica en el libro 'Slope Stability and Stabilization Methods' editado por Lee W. Abramson, muchos taludes naturales que han sido estables durante décadas, súbitamente pueden fallar debido a cambios en la topografía, sismicidad, flujo de aguas subterráneas, pérdida de resistencia, cambios en el nivel de esfuerzos y meteorización. Generalmente, estas fallas no son bien comprendidas debido a los escasos estudios, hasta que la misma falla origina la necesidad de su pormenorizado estudio.

Libro de Abramson, L. et al.

En muchas casos hay una gran incertidumbre alrededor de la estabilidad de un talud natural, como bien lo expuso Peck en 1967:

"Nuestras probabilidades de predecir la estabilidad de un talud natural son mejores si el área en estudio es una antigua zona de deslizamiento que ha sido estudiada previamente, y puede reactivarse por alguna actividad humana como la excavación en la base del talud. Por otra parte, nuestras posibilidades son quizás peores si el mecanismo detonante del deslizamiento esta (1) en una ubicación aleatoria no estudiada anteriormente y (2) una cuestión de probabilidad, tal como la ocurrencia de un terremoto."

El conocer que antiguas superficies de deslizamiento existen en el interior de los taludes naturales facilita la comprensión y el entendimiento del comportamiento del talud. Estas superficies de falla anteriores, son con frecuencia el resultado de antiguos deslizamientos o actividades tectónicas, además de procesos geológicos más complejos como rebote de valles, empujes glaciales y fenómenos glaciales tales como la solifluxión y expansión irregular de arcillas y lutitas arcillosas.

La resistencia al corte de estas antiguas superficies de falla es generalmente muy baja, debido a que los movimientos anteriores, han llevado la resistencia al deslizamiento a su valor pico y posteriormente lo reducen de forma gradual hasta su valor residual.

No siempre es sencillo reconocer las áreas de deslizamiento (mientras los deslizamientos postglaciales son fácilmente identificables, los movimientos preglaciales pueden encontrarse confinados bajo sedimentos glaciales). Sin embargo, una vez son localizadas las áreas de corte preglacial, la evaluación de la estabilidad puede efectuarse con relativa confianza.

Compactación de la cara de un talud de ingeniería

Ejemplo de lo anterior se demuestra cuando los ingenieros franceses empezaron la construcción del Canal de Panamá en 1884, y esta tarea fue retomada por el Cuerpo Ingenieros del ejército americano en 1908. En el medio siglo entre 1910 y 1964, se registraron 60 deslizamientos en los cortes a lo largo del canal y, aunque estos deslizamientos no se analizaron en las condiciones de mecánica de rocas, el reciente trabajo por el Cuerpo Americano de Ingenieros (Lutton et al (1979)) muestras que estos deslizamientos eran predominantemente controlados por las discontinuidades estructurales y esos conceptos modernos de la mecánica de rocas es totalmente aplicable al análisis de estos derrumbes. Discutiendo los deslizamientos del Canal de Panamá en su Dirección Presidencial de la primera conferencia internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones en 1936, Karl Terzaghi (Terzaghi (1936), Terzaghi y Voight (1979)) dijo:

'El descenso catastrófico de los taludes de los cortes más profundos del Canal de Panamá han emitido una advertencia de que nosotros estábamos sobrepasando los límites de nuestra habilidad de predecir las consecuencias de nuestras acciones....'. 

En 1920 Josef Stini empezó la enseñanza de la 'Geología Técnica' en la Universidad Técnica de Viena y antes de que él se muriera en 1958 había publicado 333 informes y libros (Müller (1979)). Él fundó el periódico Geologie und Bauwesen, el precursor del periódico actual Rock Mechanics, y probablemente fue el primero en dar énfasis a la importancia de las discontinuidades estructurales en la ingeniería del comportamiento de las masas de roca.

Dentro de los taludes de ingeniería, se encuentran comprendidos los terraplenes y rellenos, donde los taludes de relleno, que involucran suelos compactados y generalmente incluyen terraplenes de autopistas, carreteras y vías de ferrocarril, rellenos de escombreras, presas de tierra y diques. las propiedades de ingeniería de los materiales utilizados en estas estructuras están controladas por la distribución del tamaño de gran de la fuente de préstamo, los métodos de construcción y el grado de compactación.

Generalmente los taludes de los terraplenes se diseñan utilizando los parámetros de resistencia al corte de ensayos de muestras del material propuesto, compactado a la densidad de diseño. Los análisis de estabilidad de terraplenes y rellenos, usualmente no involucran las dificultades e incertidumbres del análisis requerido para estudiar los taludes naturales, debido a que los materiales de préstamo son preseleccionados y procesados.

Corte y terraplén para vía de ferrocarril en Ceilán

Los rellenos de ingeniería, se han venido construyendo desde la antigüedad, con diferentes grados de éxito y fracaso. Desde tiempos antiguos se utilizaron para construir presas de tierra, para almacenar agua de irrigación. Una de las presas de tierra más antiguas de las que se tenga registro fue finalizada en Ceilán, en el año 504 A.C., con 11 millas de longitud (17.6 km) y 70 pies de altura (21.0 m) y almacenaba alrededor de 17 millones de yardas cúbicas de suelo de terraplén (Schuyler, 1905).

Condiciones de estabilidad para un talud de terraplén sobre una cimentación de arcilla. Bishop & Bjerrum (1960)  ASCE

Entre la Ingeniería y la Geología

La profesión de ingeniero se configuró fuera de las universidades y a partir de diversas ocupaciones. En un inicio, los preingenieros fueron artesanos experimentados que se desempeñaron como constructores de molinos, albañiles, herreros, relojeros, etc. Principalmente, por razones de índole militar, la posición social del preingeniero se elevó de status al integrarlo en los cuerpos del ejército. 

Fueron los encargados de la fabricación de artefactos de guerra y la construcción de fortificaciones, barcos, puentes, puertos, caminos y la logística para el transporte y aprovisionamiento de los soldados. 

Hasta finales del siglo XVIII, la ingeniería fue más un oficio que una profesión. Consistía en un conjunto de inventiva, destrezas manuales y habilidades mecánicas transmitidas de padres a hijos y de maestros a aprendices. Es a fines del siglo XVIII que empiezan a surgir las primeras escuelas de ingeniería. Por cierto, no vinculadas a las universidades. En Estados Unidos el US Army Corps of Engineers en la Academia militar de West Point. 

Mediante su incorporación a las universidades y la adopción de los principios básicos de la Física, las Matemáticas y la Química, los ingenieros han sido capaces de elevar el nivel técnico y científico de su disciplina.

En su artículo 'Ciencias de la tierra e ingeniería civil: dos caras de una misma moneda', publicado en la revista POLITÉCNICA No. 7 julio - diciembre de 2008, pp. 59-64, Héctor Massone, plantea los nuevos desafíos a la formación en Ingeniería Geotécnica, y menciona los siguientes:

• Poder visualizar los problemas con una visión sistémica, lo que muchas veces implica tener conocimiento generalizado, importante para poder llevar adelante trabajos multidisciplinarios.
• Atender la nuevas necesidades que aparecen al trabajar en temas sensibles a la opinión pública, como son los aspectos básicos de comunicación de riesgos y de manejo de conflictos.
• Tomar conciencia y aceptar nuestros límites y nuestra dependencia de otras disciplinas.
• Considerar la investigación y el conocimiento como servicio público, lo que entre otras cosas implica la libre disponibilidad de la información ambiental.

Diferencia de los métodos en la Ciencia y la Ingeniería

Los informes  públicos proveen una importante cantidad de detalles de conocimiento que permiten aproximar de manera significativa la comprensión sobre un tema relacionado con un problema de interés particular.

Casos de Estudio Sobre Estabilidad de Taludes en la Ciudad de Manizales, Caldas (Colombia) y Sus Alrededores

En ese sentido, a continuación, y desde el punto de vista exclusivamente académico, se presentan los siguientes enlaces a estudios recientes de casos particulares, sobre estabilidad de taludes que han fallado en condiciones específicas, como se expone, y que resultan de utilidad en la aproximación de un enfoque geológico y de ingeniería, para avanzar en la comprensión de estos complejos fenómenos, elaborados por profesionales en ingeniería y geología, profundizando sus conocimientos en la Ingeniería Geotécnica:

Panorámica de la vía de entrada al barrio La Sultana en Manizales, Caldas (Colombia)

Talud sobre el barrio La Sultana, situado en la zona urbana al oriente de la ciudad de Manizales, Caldas (Colombia), que en diciembre de 2004, presentó un deslizamiento que cobró la vida de muchas personas. Sobre este mismo sitio es importante revisar el informe 'Estudio Geológico-Geotécnico-Hidráulico de la Ladera Sur del Barrio La Sultana en Manizales, Caldas (Colombia)'.

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Panorámica del barrio Cervantes en Manizales, Caldas (Colombia) en agosto de 2012

Talud sobre el barrio Cervantes, situado en la zona urbana al centro-occidente de la ciudad de Manizales, Caldas (Colombia), que en diciembre de 2011, presentó un deslizamiento que cobró la vida de muchas personas. En este blog ya se había presentado la situación de falla de talud del barrio Cervantes.

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Propuesta de obras de tratamiento en el barrio San Joaquín, en Manizales, Caldas (Colombia)

Ladera urbana sobre la que se edificó el barrio San Joaquín, situado en la zona urbana al centro-occidente de la ciudad de Manizales, Caldas (Colombia), que presentó un movimiento en masa que afectó la vida de muchas personas.

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Talud superior a la vía a La Cabaña en Manizales, Caldas (Colombia)

Talud superior a vía sub-urbana, situado al nor-occidente de la ciudad de Manizales, Caldas (Colombia), que presentaba recurrentes movimientos en masa, que amenazaban la vida de muchas personas.

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Terraplén N° 4 en el Aeropuerto del Café, situado en la localidad de Palestina, Caldas (Colombia), construido en suelo reforzado con geotextil tejido, utilizando como insumo, suelos derivados de cenizas volcánicas.

Otros Enlaces de Interés Sobre Experiencias Regionales y Locales en Estabilidad de Taludes

Para establecer un comparativo entre los casos de análisis antes presentados, a continuación se presentan algunos interesantes enlaces sobre aspectos relacionados con la estabilidad de taludes en la región:

• Gestión Integral del Riesgo en el Departamento de Caldas (Colombia) Desarrollada por Corpocaldas
• Geomecánica de las Laderas de Manizales. Elaborado por los Profesores Gonzalo Duque Escobar y Eugenio Duque Escobar
• Varios trabajos sobre la Gestión del Riesgo por Inestabilidad de Laderas. IDEA-UNAL

Estabilidad de taludes from JStacy19

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