Por Johnatan Ramos Rivera
La ocurrencia de deslizamientos en macizos rocosos es un fenómeno sujeto a muchos grados de incertidumbre debido a los diferentes mecanismos de falla que se puede llegar a presentar, así como la heterogeneidad en las familias de discontinuidades, las cuales son el plano de debilidad preferencial. Estas fallas provocan la interrupción de vías, autopistas, construcciones y en ocasiones la pérdida de vidas humanas.
Morgenstem (1997) expresó que el rol de factor de seguridad es complejo debido a que no tiene en cuenta la incertidumbre de la aleatoriedad de las variables con respecto a la confiabilidad de los datos para el análisis.
Cuando existe incertidumbre de la posibilidad o no de la ocurrencia de un fenómeno, generalmente, se toman decisiones equivocadas de diseño. El costo de un proyecto puede resultar muy alto o se tienen que asumir riesgos de características y magnitudes no determinadas.
Los métodos utilizados para el análisis de estabilidad de laderas asumen que el material es un continuo homogéneo y uniforme, lo cual no es cierto en macizos rocosos, ya que muchos deslizamientos se producen en zonas donde el material se desliza como bloques de roca, diferente a como se comporta un talud de suelo (Figura 1). Los métodos existentes para el análisis de estabilidad de taludes en suelo los asumen superficies de falla circulares, estás en general se encuentran bien establecidas en la práctica de la Ingeniería Geotécnica. No obstante, el estudio de estabilidad de taludes de roca no es tan simple, debido principalmente a la necesidad de detectar la geometría de las posibles superficies de deslizamiento y la aleatoriedad de las zonas de debilidad.
Los requerimientos o márgenes de estabilidad para los taludes de corte en roca dependerán de la tipología del proyecto y de las consecuencias que genere su falla. Esto implica que, para cada proyecto, se deberá revisar la normativa nacional e internacional para seguir sus recomendaciones. Sin embargo, la tipología del proyecto puede en ciertos casos permitir una mayor flexibilidad y rango de valores de factores de seguridad.
Mecanismos de falla
Los análisis de equilibrio límite permiten evaluar el factor de seguridad del talud para los mecanismos de falla convencionales (planar, cuña, volcamiento, desprendimiento). Como se muestra en la ecuación 1 los análisis de factor de seguridad involucran la evaluación de la resistencia del macizo rocoso afectado por los planos de debilidad preexistentes (familia de discontinuidades). Así como, las fuerzas desestabilizantes que se concentran en dichos planos de debilidad y que pueden ser desencadenados por eventos de lluvia o sismo. El mecanismo de falla es definido por la geología, la orientación de las discontinuidades y el tipo de excavación que se pretende realizar.
Ec. 1
Existe una amplia variedad de metodologías y mecanismos de falla para el análisis de estabilidad de taludes en roca, esto genera cierta confusión al momento de su uso. ¿cuál?, ¿por qué?, ¿para qué?
Lo anterior, implica que la utilización de una correcta metodología y la interacción con los diferentes mecanismos de falla nos ayudará a entender de una mejor manera las condiciones de estabilidad de un talud. A continuación, en las Figura 2 a Figura 5 se presentan los mecanismos de falla convencionales en taludes en roca.
Falla Planar
Falla en Cuña
Falla por Volcamiento
Caída de bloques
Criterios de diseño
En proyectos de infraestructura vial, presas, minería y obras subterráneas en general, se requieren movimientos de tierra que involucran cortes importantes en materiales rocosos. Es por esto, que se requiere definir una secuencia lógica y unos criterios de diseño acordes al tipo de proyecto y su geología particular que permitan mantener la estabilidad y a su vez la economía del proyecto.
La definición de los criterios de diseño para cada proyecto debe de contemplar las etapas previas en donde se debe de definir claramente el área de estudio, la definición de la información base para las estaciones geomécanicas, la etapa de laboratorio y finalmente, los criterios de aceptabilidad de los diseños desde la perspectiva de seguridad y servicio acordes a las normativas vigentes.
Adicionalmente, definir y dejar claro cual deberá ser la caracterización y objeto de las estaciones de campo, así como la frecuencia de datos para obtener una adecuada representación de las condiciones reales del sitio. En las siguientes viñetas se presentan una serie de consideraciones, que deberán conceptualizarse y definirse durante el proceso de toma de datos, ensayos de laboratorio y diseño de las obras geotécnicas.
Actividades previas y de campo
- Reconocimiento de Campo
- Estaciones geomecánicas (cantidad y representatividad del muestreo)
- Caracterización de las discontinuidades (rugosidad, alteración, presencia de flujo o goteos).
- Clasificación geomecánica (RMR, GSI, Q, SRM, entre otros).
Etapa de Laboratorio
- Ensayos de laboratorio.
- Necesidad, representatividad, condiciones del muestreo, estado de las muestras.
- Estimación de Parámetros geomecánicos y de deformación.
Diseño
- Identificación del mecanismo de falla.
- Validación parámetros de los materiales.
- Confiabilidad de los parámetros e identificación e incertidumbre.
- Geometría de excavación (depende de la topología del proyecto).
- Condiciones de servicio (cargas, precipitaciones, nivel freático).
- Periodo de retorno.
- Aceptabilidad de los diseños (F.S, P.F, entre otros).
Discusión
Si bien el diseño de taludes en roca en su mayoría se encuentra en el campo determinístico a través del uso del factor de seguridad, debemos encaminarnos hacia el uso de análisis probabilísticos que permitan evaluar la aleatoriedad de los parámetros, así como la magnitud de los cortes para poder optimizar nuestros diseños y valorar las posibles situaciones que se puedan presentar. Esto implica que en algunos casos seríamos capaces de trabajar en función del riesgo geotécnico y utilizar el concepto de factor de seguridad de manera complementaria para soportar los diseños a través de métodos probabilistas.
Finalmente, como una reflexión a la importancia de los diseños geotécnicos en macizos rocosos y la necesidad de movernos hacia adelante con diseños óptimos y acordes a las condiciones de servicio y desempeño, les dejo una cita dado por Hustrulid et al., (2000) “Ciertamente aumentando la inclinación de los taludes se pueden ahorrar enormes cantidades de dinero al reducir el volumen de material a excavar, pero la inclinación de un talud debe tener como límite la seguridad de este, ya que todo el ahorro conseguido puede perderse, poniéndose además en riesgo la seguridad de las personas o infraestructura que se encuentren en o bajo el talud”
