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ESTABILIDAD DE TALUDES TEORÍA Y APLICACIÓN Mg. GARY DURAN RAMIREZ
ESTABILIDAD DE TALUDES
TEORÍA Y APLICACIÓNMg. GARY DURAN RAMIREZ
Conceptos Básicos
o Factor de Seguridad (FS).
o Esfuerzo Efectivo.
o Resistencia al Corte.
o Parámetros de Resistencia.
o Trayectoria de Esfuerzos.
CONTENIDO
CONCEPTOS BÁSICOS
Carga máxima 10 ton
Factor de Seguridad (FS)
Caso 1:
Carga = 5 ton FS =10 𝑡𝑜𝑛
5 𝑡𝑜𝑛= 2
Caso 2:
Carga = 10 ton FS =10 𝑡𝑜𝑛
10 𝑡𝑜𝑛= 1
Caso 3:
Carga = 20 ton FS =10 𝑡𝑜𝑛
20 𝑡𝑜𝑛=
0.5
CONCEPTOS BÁSICOS
Esfuerzo Efectivo
σ’ = σ - uσ’ = Esfuerzo Efectivoσ = Esfuerzo Total
u = Poro presión del agua
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Envoltoria de Falla o
Resistencia
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte - EJERCICIO:
Dibujar círculos de falla y envoltoria de resistencia
(falla).
Probeta
1
σ’1 = 150 kPaσ'3 = 50 kPa
Probeta
3
Probeta
2
σ’1 = 600 kPaσ'3 = 200 kPa
σ’1 = 300 kPaσ'3 = 100 kPa
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte - EJERCICIO:
Dibujar círculos de falla y envoltoria de resistencia
(falla).
CONCEPTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte - EJERCICIO: Solución: φ’ = 30° ; c’ = 0
CONCEPTOS BÁSICOS
Parámetros de Resistencia
c’ = Cohesión efectivaφ’ = Ángulo de fricción efectivo (°)
CONCEPTOS BÁSICOS
Parámetros de Resistencia
c’ = 10.98 kPaφ’ = 24.5 °
CONCEPTOS BÁSICOS
Trayectoria de Esfuerzos
CONCEPTOS BÁSICOS
Trayectoria de Esfuerzos
CONCEPTOS BÁSICOS
Trayectoria de Esfuerzos
Aspectos Básicos
o Interés de la Ingeniería Geotecnia
o Deslizamientos en Taludes.
o Mecanismo de Falla en Taludes
o Conceptualización del Modelo de Análisis
o Casos de Fallas Registradas.
CONTENIDO
Métodos de Estabilidad de Taludes
o Concepto de Factor de Seguridad.
o Aplicación de la técnica “Equilibrio Límite” en
estabilidad de taludes.
o Uso de herramientas computacionales.
CONTENIDO
Discusión de Casos Analizados
o Estabilidad de taludes con banquetas
o Estabilidad de taludes con anclajes.
o Muros de suelo reforzado.
CONTENIDO
ASPECTOS BÁSICOS
ASPECTOS BÁSICOS
Aspectos de Interés de la Ingeniería Geotecnia
• Deformación del terreno
• Capacidad de Resistencia del terreno.
Compresibilidad
Resistencia al corte
ASPECTOS BÁSICOS
Compresibilidad Resistencia al corte
Aspectos de Interés de la Ingeniería Geotecnia
ASPECTOS BÁSICOS
La compresibilidad es el grado en que una masa de suelo
disminuye su volumen bajo el efecto de una carga.
Torre de Pisa
• En suelo granulares: reducción del
volumen de vacíos casi
instantáneamente (consolidación
instantánea).
• En suelos arcillosos, reducción delvolumen varia con el tiempo
(consolidación primaria y secundaria).
Compresibilidad en Suelos
ASPECTOS BÁSICOS
Compresibilidad en Suelos
Figura 1. Proceso de consolidación
A tomar en cuenta:
• Disminución (varia en el tiempo) del volumen por perdida de
vacíos.
• Depende del tipo de suelo (grado de saturación, coeficiente
de permeabilidad, la longitud de la trayectoria que tenga
que recorrer el fluido expulsado, las condiciones de drenaje,etc.) y la magnitud de la sobrecarga.
Compresibilidad en Suelos
Ensayos de Laboratorio:
Figura 1. Esquema básico del ensayo de consolidación.
ASPECTOS BÁSICOS
Compresibilidad en Suelos
Ensayos de Laboratorio:
Figura 1. Concepto de consolidación en laboratorio.
ASPECTOS BÁSICOS
Compresibilidad en Suelos
Ensayos de Laboratorio:
Figura 1. Equipo del ensayo de consolidación.
Células edométricas
ASPECTOS BÁSICOS
ASPECTOS BÁSICOS
Se define como resistencia al deslizamiento que ofrece una
masa de suelo en el plano de falla.
Resistencia al Corte
Figura 1. Superficie de falla y zona de corte.
ASPECTOS BÁSICOS
Comportamiento del suelo en el plano de falla.
Resistencia al Corte
Tensiones actuantes en el plano de falla.
Efecto combinado de cohesión y
fricción
ASPECTOS BÁSICOS
Casos de fallas por resistencia al corte.
Resistencia al Corte
Figura 1. Mecanismo de falla por resistencia al
corte.
ASPECTOS BÁSICOS
La estimación del valor de la “resistencia al corte” depende de
parámetros de resistencia y del conocimiento de la tensión
normal actuante.
Los parámetros de Parámetros de Resistencia (en la falla), de
acuerdo al Modelo de Mohr-Coulomb son:
• Angulo de fricción interna.
• Intercepto cohesivo (Cohesión).
Resistencia al Corte
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Criterio de Falla “Mohr-
Coulomb”:
• Propuesto por Mohr en 1900.
• Considera que un material
falla debido a una
combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo
cortante.
• Se define una “curva de
envolvente de falla” con las combinaciones de esfuerzo
normal y esfuerzo cortante
que originan la falla.
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Criterio de Falla “Mohr-
Coulomb”:
• La ecuación de la
envolvente de falla
representa la “ecuación de
resistencia del suelo”:
Donde:
ASPECTOS BÁSICOS
Determinación de Parámetros de Resistencia - Ensayos de
Laboratorio :
• Corte Directo
• Triaxial – Compresión Confinada
• Compresión Simple – Compresión no confinada
Resistencia al Corte
ASPECTOS BÁSICOS
Ensayos de Laboratorio:
A tomar en cuenta:
• La colecta de muestras son de tipo alterada o inalterada.
• El ensayo se realiza con tres muestras como “mínimo”.
• Las muestras a ensayar pueden ser “remoldeadas” o
“talladas”• Las muestras alteradas son remoldeadas a su “densidad
natural”
• Las muestras inalteradas son talladas.
Resistencia al Corte
ASPECTOS BÁSICOS
Ensayo de Corte Directo:
• El esfuerzo es aplicado en el plano de falla, “esfuerzo
tangencial”.
• Las deformaciones generadas se denominan
“deformaciones de corte”.
Resistencia al Corte
Antes del ensayo Después del ensayo
ASPECTOS BÁSICOS
Ensayo de Corte Directo - Ejemplo:
Resistencia al Corte
Curva Esfuerzo Tangencial vs Esfuerzo Normal
• Angulo de fricción
interna.
• Intercepto cohesivo (Cohesión).
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Triaxial:
• Control del esfuerzo de confinamiento
• Control de la presión de poros.
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Triaxial:
Preparación de la muestra
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Triaxial:
Instalación en la cámara de
triaxial
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Triaxial:
Ejecución del ensayo
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Triaxial:
• El plano de falla es generado
durante el ensayo.
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Triaxial:
• Obtención de los parámetros de resistencia.
Curva Esfuerzo Normal vs Deformación
normal
Esfuerzos de
confinamiento
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Triaxial:
• Obtención de los parámetros de resistencia.
Curva Esfuerzo Tangencial vs Esfuerzo Normal (circulo de
Mohr)
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Compresión Simple:
• Sin confinamiento lateral
• Requiere muestras inalteradas.
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Ensayo Compresión Simple:
Ejecución del ensayo
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Valores típicos:
ASPECTOS BÁSICOS
Resistencia al Corte
Valores típicos:
Deslizamientos de taludes
Definiciones:
ASPECTOS BÁSICOS
Deslizamientos de taludes
Definiciones:
Ladera - conformación natural.
Talud - conformación
artificial.
ASPECTOS BÁSICOS
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
Flujo Volcamiento Rotación
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
Traslación Reptación Caída
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
• Caídas
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
• Rotación
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
• Flujo
Flujos de bloque de
roca
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
• Flujo
Flujos de detritos
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
• Flujo
Flujos de lodo
(Huaycos)
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
• Traslación
Deslizamientos de Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
Clasificación:
• Reptación
Mecanismo de Falla en Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
El mecanismo de falla en taludes esta ligado
fundamentalmente a la disminución de la resistencia al corte
del terreno, los que dependen de los siguientes efectos que
pueden ocurrir en la masa de un talud:
• Disminución de las propiedades del resistencia al corte.
• Aumento de la carga actuante.• Incremento de la poropresión.
• Modificación geométrica del talud
• Efectos dinámicos y/o tectónicos
Mecanismo de Falla en Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
• Aumento de la carga
actuante.
Aumento de peso de la masa por efectos de
las lluvias
Aumento de peso por casa
Mecanismo de Falla en Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
• Incremento de la
poropresión
Lluvia intensa – saturación del suelo
Mecanismo de Falla en Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
• Disminución de las propiedades del resistencia al corte.
Alteración de la composición del suelo por Infiltración
Mecanismo de Falla en Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
• Modificación geométrica del talud
Alteración del apoyo en pie de talud por socavación
Mecanismo de Falla en Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
• Modificación geométrica del talud
Taludes casi verticales
Mecanismo de Falla en Taludes
ASPECTOS BÁSICOS
• Efectos dinámicos:
Taludes casi verticales
Conceptualización del Modelo de Análisis
ASPECTOS BÁSICOS
Etapas:
• Estudios multidisciplinarios
(parámetros de análisis)
• Definición del modelo matemático
(sección de análisis)
• Alternativas de soluciones
(económicas, practicas y posibles).
Conceptualización del Modelo de Análisis
ASPECTOS BÁSICOS
• Estudios multidisciplinarios:
o Consideraciones geotécnicas
o Consideraciones geológicas
o Consideraciones hidráulicas
o Consideraciones sísmicas
o Consideraciones ambientaleso Consideraciones sociales
Conceptualización del Modelo de Análisis
ASPECTOS BÁSICOS
• Definición del modelo matemático
Factores a ser considerados:
• Geometría de análisis
• Superficie potencial de falla
• Características del material
• Elementos de refuerzo
• Solicitaciones externas
• Factor de seguridad. Solución
Modelo
Matemático
Conceptualización del Modelo de Análisis
ASPECTOS BÁSICOS
• Definición del modelo matemático
A tomar en consideración:No todos los factores se pueden
cuantificar en un modelo
matemático.
Modelo
matemáticoModelo real
Casos de Fallas Registradas
ASPECTOS BÁSICOS
Casos de Fallas Registradas
ASPECTOS BÁSICOS
Casos de Fallas Registradas
ASPECTOS BÁSICOS
Casos de Fallas Registradas
ASPECTOS BÁSICOS
Casos de Fallas Registradas
ASPECTOS BÁSICOS
Casos de Fallas Registradas
ASPECTOS BÁSICOS
Casos de Fallas Registradas
ASPECTOS BÁSICOS
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Concepto de Factor de Seguridad
Definición
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
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Concepto de Factor de Seguridad
Condición de Estabilidad:
La condición de estabilidad de un talud puede ser establecido
a través del calculo del factor de seguridad.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Concepto de Factor de Seguridad
Condición de Estabilidad:
• Del punto de vista físico:
- FS > 1 : Condición Estable
- FS =0 : Equilibrio Limite
- FS < 1 : Condición inestable
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Concepto de Factor de Seguridad
Condición de Estabilidad:
• Del punto de vista de diseño:
- 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.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Concepto de Factor de Seguridad
Condición de Estabilidad
Para el diseño de taludes de muros de suelo reforzado, taludes
en carreteras, comúnmente se considera:
- FS > 1.3 – Estabilidad estática
- FS > 1.0 – Estabilidad pseudo-estática
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Concepto de Factor de Seguridad
Técnicas de Calculo
Equilibrio Limite Tensión - Deformación
Métodos de cálculo
(Estabilidad del Talud)
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de la Dovelas:
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.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de la Dovelas:
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 debecumplir el equilibrio de fuerzas o
de momentos, así como en
forma conjunta
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de la Dovelas:
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.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de la Dovelas:
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.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de la Dovelas:
Es importante mencionar, que la
definición del Factor de
Seguridad relaciona apenas los
esfuerzos en la base de la dovela.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de la Dovelas:
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.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de la Dovelas:
A tener en cuenta:
El factor de seguridad no
proporciona información acerca
de la deformación del talud que
precede al deslizamiento final.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica del Talud Infinito :
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 delterreno.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica del Talud Infinito :
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.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica del Talud Infinito :
• Factor de seguridad:
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de Fellenius:
Este método considera una
superficie de falla circular , el
cual admite que las fuerzas entre
dovelas son iguales y opuestas, osea los esfuerzos entre las dovelas
son despreciadas.
El Factor de Seguridad esdeterminado directamente por el
equilibrio de momentos en torno
del centro geométrico del círculo
estudiado. El equilibrio de fuerzasno es considerado.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de Fellenius:
• Factor de seguridad:
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de Bishop
El Factor de Seguridad es
determinado primeramente
tomándose la sumatoria de
momentos, en torno del centro
geométrico del círculoestudiado, y garantizar que esta
sumatoria sea igual a cero.
Después, el método garantiza elequilibrio de fuerzas en sentido
vertical.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de Método de Bishop
• Factor de seguridad:
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de Morgenstern y Price
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.
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Método de Equilibrio Limite
Técnica de Morgenstern y Price
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).
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Uso de herramientas computacionales
• Sigma/W - Geostudio
• FLAC – Itasca –
• Plaxis 2D – Plaxis B.V.
• Slide – Rocscience
• Slope/W - Geostudio
ELEMENTOS FINITOS &
DIFERENCIAS FINITAS
EQUILIBRIO LIMITE
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Uso de herramientas computacionales
Factor de Seguridad y Plano potencial de Falla ( http://www.rocscience.com)
Slide – Rocscience (Equilibrio Limite)
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Uso de herramientas computacionales
Superficie potencial de Falla (http://www.plaxis.nl)
Plaxis - (Elementos Finitos)
Malla de elementos finitos
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Uso de herramientas computacionales
Discretización del macizo y superficie de ruptura
Flac - (Diferencias Finitas)
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
EJERCICIO – ESTABILIDAD DE TALUDESTrazar la superficie circular que tenga menor factor de seguridad – Utilizar un punto de la malla
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
EJERCICIO – ESTABILIDAD DE TALUDES - SoluciónSuperficie de falla circular con menor factor de seguridad – FS = 1.145
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
EJERCICIO – ESTABILIDAD DE TALUDES - SoluciónTodas las superficies circulares de falla – Factores de Seguridad mayores a 1.145
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
EJEMPLO – ESTABILIDAD DE TALUDESAnálisis de estabilidad considerando carga en parte superior del talud – FS = 0.963
MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
EJEMPLO – ESTABILIDAD DE TALUDESAnálisis de estabilidad considerando parámetros de resistencia menores – Cohesión = 2.5 kPa;
ángulo de fricción = 15° - FS = 0.539
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes - Banquetas
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes - Banquetas
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Resultados Triaxial muestra C-1
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Resultados Triaxial muestra C-2
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Resultados Triaxial muestra C-3
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Resultados Triaxial muestra C-4
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Envoltoria de Resistencia Global
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Banquetas: Análisis Estático (FS = 1.51)
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Banquetas: Análisis Pseudo
estático (FS = 1.20)
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Banquetas: Excavadora en
banqueta (FS = 1.45)
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes - Sistema de drenaje interno
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Uso de concreto lanzado
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Uso de suelo reforzado
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Uso de suelo reforzado
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Uso de suelo reforzado
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Uso de suelo reforzado
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Uso de suelo reforzado
DISCUSIÓN DE CASOS ANALIZADOS
Estabilidad de Taludes – Uso de anclajes
