ESTABILIDAD DE TALUDES
ASPECTOS GENERALES
Julio, 2016
Prof.: Jorge Cardenas Guillen, PhD
Contacto: [email protected]
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
