Date post: | 06-Aug-2015 |
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ESTABILIDAD DE TALUDES
• Tipos de taludes
• Tipos de falla de talud
• Cálculo de estabilidad. Parámetros usados
• Estabilidad al Deslizamiento Superficial
• Estabilidad al Deslizamiento Circular. Método Sueco
• Estabilidad al Deslizamiento Circular. Método del Círculo de Fricción. Ábacos de Taylor
• Verificación de la estabilidad para distintos estados
Estabilidad de TaludesEstabilidad de Taludes
• Taludes: Cualquier superficie inclinada respecto a la horizontal
• Taludes:– Suelo– Roca
• Taludes:– Naturales– Artificiales:
• Cortes• Terraplenes
Estabilidad de TaludesEstabilidad de Taludes
Para determinar la estabilidad de una masa de suelo se debe determinar el factor de seguridad al deslizamiento. Un factor de seguridad = 1, significará deslizamiento del talud.
Se debe comparar la colaboración de esfuerzos que tienden a producir el deslizamiento (esfuerzos motores) con aquellos que tienden a evitarlo (esfuerzos resistentes) se debe definir la superficie de falla
Tipos de Fallas de TaludesTipos de Fallas de Taludes
• Varnes (1978)
(a) Caídas (“Falls”)(b) Vuelco (“Topple”)(c) Deslizamiento (“Slides”)(d) Escurrimiento (“Spread”)(e) Flujo (“Flow”)
• Deslizamientos:
• Superficiales• Rotacionales• Traslacionales
Deslizamientos RotacionalesDeslizamientos Rotacionales
Falla Local
Falla de PieFalla Profunda o de BaseMaterial mas resistente
A partir de observaciones: En general se toma superficie de falla circular
Formación de la superficie de falla y falla progresivaFormación de la superficie de falla y falla progresiva
Análisis de Estabilidad de TaludesAnálisis de Estabilidad de Taludes
• Parámetros de Resistencia al Corte a ser usados:• Arenas: φ• Arcillas:
• Análisis a Corto Plazo (Final de Obra): Su
• Análisis a Largo Plazo: c; φ
• Situaciones en Arcillas:• Terraplén sobre arcilla normalmente consolidada• Excavación en arcilla sobreconsolidada
Análisis de Estabilidad de TaludesAnálisis de Estabilidad de TaludesTerraplén sobre arcilla normalmente consolidada
Análisis de Estabilidad de TaludesAnálisis de Estabilidad de TaludesExcavación en arcilla sobreconsolidada
Arena seca• Superficie de falla plana y paralela al talud• Masa que desliza de pequeño espesor• Tensiones en caras verticales iguales y opuestas
T
iW
a
d
N
Equilibrio de fuerzas
Si se moviliza toda la resistencia al corte (FS = 1), el talud será estable si i = φ. Donde i es el ángulo de reposo
Estabilidad al Deslizamiento SuperficialEstabilidad al Deslizamiento Superficial
máx
d
i i nat
tanFS
i senW
tani cosW
i senW
tanNFS
daW ; i cosWN ; i senWT
Estabilidad al Deslizamiento SuperficialEstabilidad al Deslizamiento Superficial
Arena sumergida• Superficie de falla plana y paralela al talud• Masa que desliza es de pequeño espesor• No existe flujo de agua en el interior
T
iW
a
d
N´
a.d.w
Talud sumergido
máx
'
'
'
'
'''''
i i nat
tanFS
i senW
tani cosW
i senW
tanNFS
daW ; i cosWN ; i senWT
En general:
• El talud es estable para i <
• El ángulo de fricción para el cual comienza el deslizamiento está relacionado con el máx (dependiendo de su e inicial). Si el material queda suelto, = cv.
Obs.: Flujo de agua reduce estabilidad del talud
Estabilidad al Deslizamiento SuperficialEstabilidad al Deslizamiento Superficial
i tan
tanFS
dW
lRS
M
MFS u
motor
resistente
.
..
O
Fuerzas Resistentes
W
G
RFuerzas Motoras
H
Su
d
Determinar el centro para el menor FS
ii
iui
motor
resistente
dW
lSR
M
MFS
.
..
Suelo estratificado
Suelo uniforme
Estabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoEstabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoCondición no drenada (Fellenius)Condición no drenada (Fellenius)
Estabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoEstabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoMétodo de las dovelas simplificado (Fellenius)Método de las dovelas simplificado (Fellenius)
O
R
H Ei+1
ii
ii
ii
ii
motor
resistente
sen.W
l.´ tanL.c
sen.W
l.
M
MFS
tan´.cSegún Mohr-Coulomb:
Dovela (i)
Wi
Ei
li
´i
i
Wi
Wi.sen
Wi.cos
Xi+1
Xi
i
i+1
Resultante de fuerzas laterales nula en dirección normal al arco de deslizamiento
Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Círculo de Fricción (Taylor, 1937)Círculo de Fricción (Taylor, 1937)
O
W’
r
R
r
L´
L
R = r.sen d
F
d
Rc
rc = r. L/L´
Círculo de Fricción
N
R
r
FS
tan
FS
c '
N
R
F4 incógnitas:
FS, magnitud y línea de acción de N, r
Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Círculo de Fricción (Taylor, 1937)Círculo de Fricción (Taylor, 1937)
• Suponiendo r = r quedan 3 incógnitas que pueden determinarse a partir de las ecuaciones de equilibrio• FS calculado a partir de esta hipótesis es un límite inferior• Límite superior de FS se obtiene suponiendo esfuerzos efectivos concentrados únicamente en los extremos del círculo de falla (Frölich, 1955)• En talud real esfuerzos normales estarán distribuidos sobre arco de falla de forma desconocida
• Se tienen dos FS:
• La solución correcta es la que hace:
dcec tan
tanFS ;
R
Lc
C
CFS
FSFSFSc
• Solución particular del Método del Círculo de Fricción para el círculo de falla crítico en suelos homogéneos saturados (Taylor, 1948)• Distribución de esfuerzos normales distribuidos de forma similar a una semionda sinusoidal• Se define el Coeficiente de Estabilidad (m):
• Para suelo homogéneo existen tres variables: m, y • Ábacos para la determinación de círculos de falla críticos sin necesidad de tanteos• En un suelo homogéneo con círculo crítico de base una vertical tangente al círculo de fricción pasa por el punto medio del talud
Método del Círculo de FricciónMétodo del Círculo de FricciónÁbacos de Taylor para suelo homogéneo saturado (1948)Ábacos de Taylor para suelo homogéneo saturado (1948)
.H.FS
cm
• Son considerados únicamente las tensiones en una sección vertical única del talud (no se considera el aspecto tridimensional)
• Existen métodos que consideran parcial o totalmente las fuerzas entre dovelas (Bishop, Jambu, Spencer)
• Existen otros métodos que permiten considerar distintos tipos de superficies de falla (método de la cuña, espiral logarítmica, etc.)
• Los métodos de dovelas simplificados dan coeficientes de seguridad con un intervalo de confianza de ±10% respecto a los parámetros de resistencia supuestos. Es fundamental la elección de los parámetros resistentes.
• En arcillas “fisuradas” (sobreconsolidadas) el empleo de los parámetros de resistencia máxima puede dar lugar a estimaciones poco seguras. Asociado con la falla progresiva.
Consideraciones GeneralesConsideraciones Generales
Verificación de la estabilidad para distintos estadosVerificación de la estabilidad para distintos estados
• Otros casos a considerar: largo plazo con flujo en régimen establecido (redes de flujo), vaciado rápido (elevadas presiones neutras)
• Verificar la fundación de presas o terraplenes sobre suelos blandos
• Se pueden ajustar los parámetros considerados en un proyecto a partir de la observación del comportamiento de terraplenes de prueba debidamente instrumentados (monitoreo de deformaciones y presiones neutras)
Elección del método de cálculoElección del método de cálculo
Caso Método Observaciones
Final de la construcción con suelo saturado; periodo de construcción corto respecto al de consolidación
Cálculo con Su (=0) Resistencia no drenada
El método c, permite comprobaciones mediante las presiones neutras reales
Estabilidad a largo plazo
Método c, con presiones neutras deducidas de las condiciones de equilibrio del agua freática
Estabilidad en fases intermedias
Método c, con presiones neutras estimadas
Las presiones neutras reales deben determinarse en sitio