Universidad Alas PeruanasFacultad De Ingeniería CivilMecánica de Suelos Aplicada a Cimentación y Vías de Trasporte
INTEGRANTES:Lara Aguilar, AlejandroGomez Reyes, GianinaRamos Yupanqui, Jhosimar
• Conceptos Básicos
• Metodología de Análisis
• Uso de Programas de Computo
• Comentarios Finales
Tópicos
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Conceptos Básicos
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Mecánica de Suelos
De acuerdo con Terzaghi (1943):
“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”
Karl Terzaghi
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Deformabilidad Resistencia al corte
Aspectos de interés de la Ingeniería Geotecnia
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Deslizamientos – Conceptos y Tipos de Movimiento
• Deslizamiento: Se definen como movimientos de masas o partículas (roca o suelo) hacia la parte mas baja de un talud. Los movimientos ocurren de forma de traslación y/o rotación (sobre las superficies de falla en taludes de suelos o rocas fracturadas), por caída libre (partículas de roca o masas de suelo) y movimientos en masa (flujos).
Caídas Flujos traslación
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• Excavaciones
• Deforestación
• Sobrecarga
• Intemperismo
• Erosión
• Infiltraciones
• Fuerzas sísmicas
Artificial Natural
Deslizamientos - Causas del mecanismo de Falla
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Metodología de Análisis
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Determinación de la condición de estabilidad del talud de un
modelo matemático previamente establecido
(Factor de Seguridad)
Esquema General
Equilibrio Limite Tensión - Deformación
Técnicas de Evaluación
(Estabilidad del Talud)
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• 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.
• Equilibrio Límite
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.
Definiciones Básicas
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• Estudios multidisciplinarios
(parámetros de análisis)
• Definición del modelo de análisis
(secciones criticas)
• Alternativas de soluciones
(económicas, practicas y posibles).
Conceptualización del problema
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• Geometría de análisis
• Superficie potencial de ruptura.
• Características del material
• Elementos de refuerzo
• Solicitaciones externas
MODELO
MATEMATICO
SOLUCIÓN • Factor de seguridad.
Formulación del Modelo Matemático
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Para tomar en consideración:
• No todos estos factores se pueden
cuantificar en un modelo matemático.
• A pesar de estas limitaciones,
determinar el factor de seguridad,
asumiendo superficies probables de
falla, permite tener en cuenta una
herramienta muy útil para la toma de
decisiones.
Limitaciones
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Determina la razón entre a resistencia al
corte disponible y las tensiones actuantes
a lo largo de la superficie potencial de
falla.
Resistencia al corte disponible
Tensiones actuantes
Método de Equilibrio Limite
Definición de Factor de seguridad
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De acuerdo a la condición de carga actuante, el factor de seguridad es:
- estático
- pseudo-estático.
Nota: El factor de seguridad no proporciona información acerca de la
deformación del talud que precede al deslizamiento final.
Método de Equilibrio Limite
Condición de Carga:
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Del punto de vista conceptual:
- FS > 1 : Condición Estable
- FS =0 : Equilibrio Limite
- FS < 1 : Condición inestable
Condición de Estabilidad:
Método de Equilibrio Limite
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Del punto de vista de la practica ingenieril:
- FS > (1+fraccion) : Condición Estable
Nota:
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.
Por ejemplo, para el diseño de taludes de presas de relave, la Guía de
Diseño de Presas de Relaves, considera:
- FS > 1.3 – Estabilidad estática
- FS > 1.0 – Estabilidad pseudo-estática
Condición de Estabilidad:
Método de Equilibrio Limite
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Los métodos de las dovelas son los más aplicados a problemas prácticos,
principalmente por su flexibilidad en analizar problemas considerando:
•diversas capas de suelos con propiedades diferentes,
•variación de la resistencia en una misma capa,
•diferentes configuraciones de presión de poros,
•diversas formas de superficie de ruptura, etc.
Técnica de la Dovelas:
Método de Equilibrio Limite
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Este método es denominado así por que divide la masa del suelo encima de la superficie de ruptura en dovelas. En cada dovela están presentados los esfuerzos actuantes, donde se debe cumplir el equilibrio de fuerzas o de momentos, así como en forma conjunta
Técnica de la Dovelas:
Método de Equilibrio Limite
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Las Fuerzas son: • Peso total de la dovela W.
• Fuerza normal en la base de la
dovela N (N=n.bo). En general, esa fuerza tiene dos componentes: la fuerza normal efectiva N‘ (N'=n'.bo) y la fuerza debida a la presión de poros U (U=u.bo), donde u es la presión de poros en el centro de la base de la dovela y bo es la longitud de la base.
Técnica de la Dovelas:
Método de Equilibrio Limite
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Cualquier fuerza externa puede ser incluida en el análisis de equilibrio de la dovela (por ejemplo la fuerza sísmica) y la superficie de ruptura puede tener una forma cualquiera:
• Circular • Mixto
Técnica de la Dovelas:
Método de Equilibrio Limite
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El Factor de Seguridad es definido como la razón entre el esfuerzo cortante de falla y el esfuerzo cortante actuante en la base de cada dovela.
Técnica de la Dovelas:
Método de Equilibrio Limite
Es importante mencionar, que la definición del Factor de Seguridad relaciona apenas los esfuerzos en la base de la dovela.
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La mayoría de los métodos de las dovelas admite el Factor de Seguridad como constante a lo largo de la superficie potencial de ruptura. Esto implica en considerar un valor de Factor de Seguridad representativo de la seguridad de toda la superficie, es decir, el valor del Factor de Seguridad debe funcionar como un valor medio.
Técnica de la Dovelas:
Método de Equilibrio Limite
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Una superficie de falla es considerado infinito cuando la relación entre la longitud y el espesor del plano de falla muy grande. En estos taludes la superficie de ruptura es considerada como paralela a al superficie del terreno.
Talud infinito:
Métodos de Análisis
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Para analizar la estabilidad de un talud considerado infinito, inclinado de un ángulo i con la horizontal y profundidad h, consideremos un elemento aislado de ese talud y las tensiones que actúan sobre las tres caras de este elemento.
Talud infinito:
Métodos de Análisis
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• Factor de seguridad:
Talud infinito:
Métodos de Análisis
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Una de las primeras soluciones del tipo de método de las dovelas fue propuesta por Fellenius. Este método considera una superficie de falla circular , el cual admite que las fuerzas entre dovelas son iguales y opuestas, o sea los esfuerzos entre las dovelas son despreciadas. El Factor de Seguridad es determinado directamente por el equilibrio de momentos en torno del centro geométrico del círculo estudiado. El equilibrio de fuerzas no es considerado.
Método de Fellenius
Métodos de Análisis
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• Factor de seguridad:
Método de Fellenius
Métodos de Análisis
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El método propuesto por Bishop (1955), admite, para una superficie circular, que no existen esfuerzos cortantes entre las dovelas (X), solamente es considerado los esfuerzos normales (E). El Factor de Seguridad es determinado primeramente tomándose la sumatoria de momentos, en torno del centro geométrico del círculo estudiado, y garantizar que esta sumatoria sea igual a cero. Después, el método garantiza el equilibrio de fuerzas en sentido vertical.
Método de Bishop
Métodos de Análisis
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• Factor de seguridad:
Método de Bishop
Métodos de Análisis
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Observación: Un proceso variante del método descrito se denomina de Método de Bishop Simplificado, el cual consiste en considerar: (X i -Xi+1)=0. De esta forma, la expresión general para calculo del Factor de Seguridad puede ser reescrito de la siguiente forma:
Método de Bishop
Métodos de Análisis
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Es un método riguroso de cálculo, propuesto por Morgenstern y Price (1965) llamado también Método General de Equilibrio Limite (GLE, “General Limit Equilibrium Método of Slices”). Los métodos revisados anteriormente, pueden ser considerados como casos particulares de este ultimo método. El método GLE considera a todas las ecuaciones de equilibrio y la superficie de ruptura puede tener una forma cualquiera (circular, no circular o compuesta).
Método de Morgenstern y Price
Métodos de Análisis
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Los esfuerzos normales y cortantes entre las dovelas mantienen una relación definida por una función f(x).
Método de Morgenstern y Price
Métodos de Análisis
Durante el proceso de solución, el factor de escala es determinado. Este factor define a magnitud de la inclinación de la fuerza entre las dovelas resultante.
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• Funciones típicas de inclinación de fuerzas entre las dovelas.
Método de Morgenstern y Price
Métodos de Análisis
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Se puede calcular, para cada valor de , un factor de seguridad para el equilibrio de momentos y un factor de seguridad para el equilibrio de fuerzas. El método admite que existe un valor de para el cual el valor del factor de seguridad de fuerzas es igual al factor de seguridad de momentos. En general se adopta un procedimiento de cálculo para la determinación del valor de que considera las dos ecuaciones del factor de seguridad. Primero se calculan los factores de seguridad relativos a las fuerzas y a momentos para diferentes valores de . Se ajusta un polinomio a cada uno de los conjuntos de puntos de FS versus .
Método de Morgenstern y Price
Métodos de Análisis
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