Analizar el impacto de las raíces de árboles en la estabilidad de taludes.

Abstract

En proyectos de ingeniería civil y minera, es fundamental diseñar e implementar taludes, los cuales consisten en pendientes del terreno respecto a la horizontal que sostienen los materiales detrás de ellos. Estos taludes pueden surgir de procesos geológicos y de erosión naturales, o pueden ser creados artificialmente. En este último caso, se presentan desafíos significativos en cuanto a la seguridad y estabilidad a corto, mediano y largo plazo. Por lo tanto, existen diferentes métodos para garantizar la estabilidad de los taludes. Una opción viable es utilizar la vegetación como medio de refuerzo adicional para estos, aprovechando las raíces de la flora para lograr una solución adaptable a diversas ubicaciones geográficas y sostenible con el medio ambiente. En Chile, esta práctica es común en la construcción de autopistas, debido a las ventajas de seguridad que ofrece. En este estudio se abordará la temática del impacto de las raíces en la estabilidad de taludes. Se revisará el estado del arte y los estudios recientes sobre este enfoque con el fin de comprender los principios fundamentales. Luego, mediante el análisis de equilibrio limite, se modelarán en escenarios 2D diversas configuraciones de taludes considerando factores de diseño, como la altura, el ángulo de talud, las cargas distribuidas, entre otros, para analizar los efectos de las raíces del pino radiata en la estabilidad de los taludes a través del Factor de Seguridad. Posteriormente se llevará a cabo un estudio de estabilidad en 3 taludes de la octava región del Bío-Bío, comparando los resultados del modelo de campo versus el teórico para así validar la metodología. Los resultados de los modelos numéricos muestran que es fundamental reforzar la posición central de los taludes para lograr mejoras en el factor de seguridad. Las mejoras en el factor de seguridad son del 1.5 [%] en promedio, llegando a valores máximos del 3.7 [%]. Con este fin, en este trabajo se propone un nuevo parámetro llamado "razón de refuerzo central" que refleja la importancia de dicho refuerzo en esa zona. Estos hallazgos respaldan análisis y supuestos establecidos en estudios previos, como el hecho de que cubrir toda la estructura y utilizar vegetación beneficia más a los escenarios geométricamente inestables. En conclusión, las características del suelo y del árbol pino radiata son cruciales para comprender y mejorar la estabilidad de las estructuras. El uso de esta técnica es una opción completamente viable para cumplir con los estándares de seguridad en la construcción de taludes.

In civil engineering and mining projects, it is essential to design and implement slopes, which consist of ground slopes with respect to the horizontal that support the materials behind them. These slopes can arise from natural geological and erosion processes, or they can be artificially created. In the latter case, significant challenges are presented in terms of safety and stability in the short, medium, and long term. Therefore, there are different methods to ensure slope stability. One viable option is to use vegetation as a means of additional reinforcement for these, taking advantage of the roots of the flora to achieve a solution that is adaptable to diverse geographic locations and environmentally sustainable. In Chile, this practice is common in highway construction, due to the safety advantages it offers. This study will address the impact of roots on slope stability. The state of the art and recent studies on this approach will be reviewed to understand the fundamental principles. Then, by means of limit equilibrium analysis, various slope configurations will be modeled in 2D scenarios considering design factors such as height, slope angle, distributed loads, among others, to analyze the effects of radiata pine roots on slope stability through the Factor of Safety. Subsequently, a stability study will be carried out on 3 slopes in the eighth region of Bío-Bío, comparing the results of the field model versus the theoretical one to validate the methodology. The results of the numerical models show that it is essential to reinforce the central position of the slopes to achieve improvements in the factor of safety. The improvements in the factor of safety are 1.5 [%] on average, reaching maximum values of 3.7 [%]. To this end, a new parameter called "central reinforcement ratio" is proposed in this work to reflect the importance of central reinforcement in that zone. These findings support analyses and assumptions established in previous studies, such as the fact that covering the entire structure and using vegetation benefits more geometrically unstable scenarios. In conclusion, the characteristics of the soil and the radiata pine tree are crucial for understanding and improving the stability of structures. The use of this technique is a completely viable option to meet slope construction safety standards.