ESTABILIDAD DE TALUDES

ASPECTOS GENERALES

Julio, 2016

Prof.: Jorge Cardenas Guillen, PhD

Contacto: jorge.c.guillen@hotmail.com

Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería CivilCentro de Educación Continua

TÓPICOS

Mecánica de Suelos

• Concepto

Ingeniería Geotécnica

• Aspectos de Interés

Deslizamientos

• Causas y Ejemplos

Análisis de Estabilidad

• Factor de Seguridad

• Herramientas computacionales.

3Aspectos Generales

MECÁNICA DE SUELOS

“La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes

de la Mecánica y la Hidráulica a los problemas de

ingeniería que tratan con sedimentos y otras

acumulaciones de partículas sólidas, producidas por

la desintegración mecánica o descomposición

química de las rocas, independientemente de que

tengan o no contenido de materia orgánica”

4Aspectos Generales

De acuerdo a Terzaghi...

Karl Terzaghi, 1943

INGENIERÍA GEOTECNIA

5Aspectos Generales

Aspectos de interés

Aplicación:• Estabilidad de Taludes• Capacidad portante

Compresibilidad Resistencia al corte

Aplicación:• Asentamientos

DESLIZAMIENTOS

6Aspectos Generales

Causas

Artificial Natural

• Excavaciones

• Deforestación

• Sobrecarga

• Intemperismo

• Erosión

• Infiltraciones

• Fuerzas Sísmicas

DESLIZAMIENTOS

7Aspectos Generales

Casos Históricos – Salvador (Brasil)

DESLIZAMIENTOS

8Aspectos Generales

Casos Históricos

Sismo de El Salvador (2001)

DESLIZAMIENTOS

9Aspectos Generales

Ejemplos Históricos

Deslizamiento en el Río Mantaro,Perú, 1974

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

10Aspectos Generales

Conceptualización del Problema

Etapas

• Estudios multidisciplinarios

(parámetros de análisis)

• Definición del modelo de análisis

(secciones criticas)

• Alternativas de soluciones

(económicas, practicas y posibles).

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

11Aspectos Generales

Métodos de Análisis

Cálculo

Determinación del Factor de Seguridad

Método de Equilibrio Limite

Métodos Numéricos

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

12Aspectos Generales

Métodos de Análisis

• Equilibrio Limite

• Basado en que la resistencia al corte del suelo se moviliza a lo largo de la

superficie de ruptura. El factor de seguridad es obtenido entre el cociente

de las fuerzas resistentes y actuantes.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

13

Métodos de Análisis

• Tensión & Deformación

• Basado en la solución de las ecuaciones gobernantes del sistema.

Aplicación de técnicas numéricas avanzadas (Elementos finitos,

Diferencias finitas, etc.). El factor de seguridad es obtenido a través de la

técnica de reducción de parámetros.

Aspectos Generales

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

14Aspectos Generales

Método de Equilibrio Limite

Solución Exacta Solución aproximada

Utilizados en superficies defalla pre-definidas.

Se asume una superficiepotencial de falla.

Tipos de solución

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

15Aspectos Generales

Método de Equilibrio Limite

• Solución Exacta

• Solución Aproximada

Planar Cuña

Superficie de fallas definidas (rocas)

Superficie de fallas no-definidas (suelos)

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

16Aspectos Generales

Método de Equilibrio Limite

Factores que intervienen en la

definición del Modelo Matemático

• Geometría de análisis

• Superficie potencial de falla

• Características del material

• Elementos de refuerzo

• Solicitaciones externas

• Factor de seguridad. Solución

Modelo Matemático

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

17Aspectos Generales

Definición del Modelo Matemático

Geometría de Análisis

• Bidimensional - 2D

Estado “Deformación plana”

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

18Aspectos Generales

Definición del Modelo Matemático

Superficie Potencial de Falla

• Hipótesis: El suelo se desliza como un “bloque rígido”

Superficie potencial de falla

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

19Aspectos Generales

Definición del Modelo Matemático

Características del material

• Definición de grietas, nivel freáticos, propiedades del material

(modelo Mohr-Coulomb).

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

20Aspectos Generales

Definición del Modelo Matemático

Elementos de Refuerzo

• Uso de anclajes.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

21Aspectos Generales

Definición del Modelo Matemático

Para tomar en consideración

• No todos los factores se puedencuantificar en un modelo matemático.

• A pesar de estas limitaciones,determinar el factor de seguridad,asumiendo superficies potenciales defalla, permite tener en cuenta unaherramienta muy útil para la toma dedecisiones.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

22Aspectos Generales

Factor de Seguridad

Definición

El Factor de Seguridad (FS) es definido

como la razón entre a resistencia al corte

disponible del suelo y las tensiones

actuantes a lo largo de la superficie

potencial de falla.

Tensiones actuantes

Resistencia al corte

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

23Aspectos Generales

Factor de Seguridad

Comentarios:

• De acuerdo a la condición de carga actuante, el factor de seguridad

es:

- estático

- pseudo-estático.

• El factor de seguridad no proporciona información sobre la

deformación del talud que precede al deslizamiento final.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

24Aspectos Generales

Condición de Estabilidad

• Del punto de vista conceptual (físico), la condición de estabilidad en

taludes esta dada por las siguientes condiciones:

1FS Condición Estable

1FS Condición Limite

1FS Condición Inestable

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

25Aspectos Generales

Condición de Estabilidad

• Como el problema admite errores (por ejemplo: cuantificación del

valor de la resistencia del material y de los esfuerzos actuantes, entre

otros), se debe trabajar a favor de la seguridad.

• La fracción del Factor de Seguridad que sobrepasa la unidad es un

artificio para sustituir las incertidumbre y fenómenos que no puedan

ser llevados en cuenta en el análisis. Esta fracción depende de las

normas de diseño de cada país.

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

26Aspectos Generales

Condición de Estabilidad

• Por ejemplo, para el diseño de taludes de presas de relave en el Perú,

la Guía de Diseño de Presas de Relaves, considera:

- FS > 1.3 – Estabilidad estática

- FS > 1.0 – Estabilidad pseudo-estática

• Norma E020 – Estabilización de Suelo y Taludes (para edificaciones),

considera:

- FS > 1.5 – Estabilidad estática

- FS > 1.25 – Estabilidad pseudo-estática

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

27Aspectos Generales

Herramientas computacionales

Programas

• Sigma/W - Geostudio

• FLAC – Itasca

• Plaxis 2D – Plaxis B.V.

• Otros.

• Slide – Rocscience

• Slope/W – Geostudio

• Otros.

Equilibrio Limite

Elementos Finitos y Diferencias Finitas

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

28Aspectos Generales

Herramientas computacionales

• Slide – Rocscience

• (Equilibrio Limite)

Modelo numérico del macizo y superficie de ruptura

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

29Aspectos Generales

Herramientas computacionales

• FLAC – Itasca

(Técnica de Diferencias Finitas)

Discretización del macizo y superficie de ruptura

Superficie potencial de Falla (http://www.plaxis.nl)

Malla de elementos finitos

30Estabilidad de Taludes

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

Herramientas computacionales

• Plaxis

(Técnica de Elementos Finitos)

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

31Aspectos Generales

Herramientas computacionales

• Sigma/W - Geostudio2007

(Técnica de Elementos Finitos)

Discretización del macizo y superficie de ruptura

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

32Aspectos Generales

• Duncan, J.M.; Wright S.G., 2005. Soil Strength

and Slope Stability. John Wiley and Sons. Inc.

Hoboken. New Jersey, 297p.

CEC-UNI / Curso: Estabilidad de Taludes