taludes

ESTABILIDAD DE TALUDES
Existen
ESTABILIDAD DE TALUDES
•
•
•
•
•
•
INTRODUCCIÓN
ESTABILIDAD DE CORTES
TALUDES INFINITOS
TALUDES FINITOS
ESTABILIDAD DE TERRAPLENES
CASOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
1
ESTABILIDAD DE TALUDES
Avisan
ESTABILIDAD DE TALUDES
Se hacen sentir
2
ESTABILIDAD DE TALUDES
A veces algunas situaciones
son difíciles de manejar
ESTABILIDAD DE TALUDES
Simplificando…….
3
ESTABILIDAD DE TALUDES
Clasificación Inglesa
ESTABILIDAD DE TALUDES
Simplificando
FLUJO
DESLIZAMIENTO
VOLCAMIENTO
ARRASTRE
DEPRESIÓN
CAÍDA
4
ESTABILIDAD DE TALUDES
Simplificando aun más
3D
2D
ESTABILIDAD DE TALUDES
Para efectos de su estudio, los taludes pueden dividirse en naturales
(laderas) o artificiales (cortes y terraplenes)
5
ESTABILIDAD DE TALUDES
Un movimiento ocurre cuando la resistencia al esfuerzo cortante del suelo
es excedida por los esfuerzos cortantes que se producen en una
superficie relativamente continua. Por lo tanto, las fallas localizadas en un
solo punto de la masa de tierra no indican necesariamente que la masa
sea inestable. La inestabilidad se produce como resultado de la falla de
esfuerzo de corte en una serie de puntos que definen una superficie, a lo
largo de la cual se produce el movimiento.
Cualquier cosa que produzca una disminución de la resistencia del suelo
o un aumento de los esfuerzos en el suelo, contribuye a la inestabilidad
y deben tomarse en consideración, tanto en el proyecto de estructuras de
tierra como en la corrección de fallas.
Ej: Saturación de la masa de suelo; baja en los parámetros mecánicos;
acción sísmica; incremento en carga aplicada; etc.
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE CORTES
TIPOS DE MOVIMIENTOS DE MASAS
• DESLIZAMIENTOS COMPLEJOS
• DESPRENDIMIENTOS
• FLUJOS
• DESLIZAMIENTOS
6
ESTABILIDAD DE TALUDES
DESPRENDIMIENTOS
Tanto en los desprendimientos de
roca como de suelo, la masa se
mueve rápidamente a través del aire
en caída libre. No existe un
movimiento lento que precede al
deslizamiento.
Se presenta principalmente en rocas
afectadas por desintegración y
descomposición, actuando en planos
o sectores mas débiles.
La experiencia ha indicado la
conveniencia de ejecutar la
construcción de taludes en roca
según algunos de los siguientes tipos.
ESTABILIDAD DE TALUDES
7
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE TALUDES
1.1 TALUD DE INCLINACIÓN UNIFORME
Hmax 10 mt
RECOMENDACIONES
Este sistema es recomendado
cuando las propiedades mecánicas y
la acción climática sobre la roca es
relativamente uniforme a través de la
sección considerada
1.2 TALUD DE INCLINACIóN VARIABLE
Estrato debil
Hmax 10 mt
Estrato firme
Estrato medio
Estrato firme
La inclinación variable se usa cuando
existen estratos de diferentes
características en la sección
considerada.
Los estratos mas débiles tendrán
una inclinación de talud mayor
8
ESTABILIDAD DE TALUDES
1.3 TALUD CON BERMA PERMANENTE
a
H
a
La colocación de bermas en el talud es
recomendada cuando la roca presenta
fracturas y exfoliaciones, pero no se prevé
acción importante por estar a la intemperie.
Los escombros caen sobre las bermas
evitando así que lleguen a la plataforma del
camino. Requieren un mayor costo de
construcción, pero dan mayor seguridad y
requieren menor mantención.
H
H de 6 a 10 mt
a = 3 a 6 mt
1.4 TALUD CON BERMA TEMPORAL
Cuando se espera una acción importante por
estar a la intemperie, se construyen taludes
con bermas y se rellenan con suelo fino para
proteger
la
roca
de
los
agentes
atmosféricos. Para la colocación del material
de relleno se requiere dar una mayor
inclinación a los taludes.
relleno
No será mucho?
ESTABILIDAD DE TALUDES
9
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE TALUDES
DESLIZAMIENTOS
En los deslizamientos el movimiento de la masa es el resultado
de una falla de corte a lo largo de una o o varias superficies.
Se presenta en materiales con comportamiento elástico o semi
elástico.
El tipo de superficie de deslizamiento por la cual se produce la
falla, depende básicamente del ángulo de inclinación del talud,
de la cohesión y del ángulo de rozamiento interno del suelo φ.
10
ESTABILIDAD DE TALUDES
1.- Rotura por talud infinito: Se habla de talud
infinito cuando el espesor del material
inestable es pequeño respecto a la altura
del talud.
La superficie de deslizamiento es paralela
a la del talud.
SPF
2.- Rotura por talud finito: En este
caso la SPF se aproxima al manto de
un cilindro, por lo tanto es de tipo
circular y esta definido por un radio
(R) y un centro (O) (Generalmente
propio de suelos con c=0 )
ESTABILIDAD DE TALUDES
RECOMENDACIONES
Circulo de talud
Circulo de pie
Circulo profundo
La mayor parte de las teorías cuantitativas supone
que la superficie de falla es un cilindro de sección
circular. En la realidad esta superficie es de
sección compuesta, cuya forma depende
principalmente del tipo de suelo. Sin embargo se
facilita el cálculo suponiendo falla en círculo y el
error no es de importancia.
Se puede indicar que para altos valores de β y/o
de φ el círculo de falla es de pie. Para bajos
valores de φ y suelos predominantemente
cohesivos se puede producir una falla de círculo
profundo. A modo de indicación muy general se
pueden indicar las siguientes tipos de falla:
INCLINACION DEL TALUD β FRICCION INTERNA φ
Mayor de 45º
30º - 45º
menor de 5º
mayor de 5º
15º - 30º
menor de 10º
mayor de 10º
TIPO DE FALLA
Circulo de pie o talud
Circulo profundo
Circulo de pie
Circulo profundo
Circulo de pie
11
ESTABILIDAD DE TALUDES
INCLINACIÓN DEL TALUD SEGÚN TIPO DE ROCA
TIPO DE ROCA
I IGNEAS
Granito, basalto, lava
II SEDIMENTARIAS
Arenisca masiva y caliza
Ineterestratificada
Arcillolita y limonita
III METAMORFICAS
Gneis, esquistos y marmol
Pizarra
Inclinación Talud (tgβ)
2a5
2a4
1.3 a 2
1 a 1.3
V
H
β
2a4
1.3 a 2
Tg(β) = V/H
ESTABILIDAD DE TALUDES
FLUJOS
El flujo tiene la apariencia de un líquido viscoso y puede ser de dos tipos :
seco y húmedo.
El flujo seco es muy común en arenas y limos de textura uniformes
presentándose en roca fragmentada (característica en zona cordillerana). Se
generan normalmente por movimientos sísmicos u otro tipo de vibraciones, o
debilitamiento de alguna sección del talud y viento.
El flujo húmedo es un movimiento lento, ocurre normalmente en suelos de
textura preponderantemente fina y se genera por un exceso de agua. Se
caracteriza por abarcar una gran longitud. Normalmente se inicia debido a
lluvias de gran intensidad y se hace presente en zonas donde ha sido
removida la capa vegetal y en las zonas agrietadas.
La inclinación de su zona inferior puede variar entre 4º y 15º y su velocidad
media entre 4 y 600 m/año (Jiménez Salas)
12
ESTABILIDAD DE TALUDES
RECOMENDACIONES
La protección para el caso de los flujos de suelos finos se logra
estabilizando el talud con vegetal, productos de petróleo o morteros de
cemento. Además deben sellarse posibles grietas y evitar la
concentración de aguas sobre el talud mediante la construcción de
contrafosos. La colocación de muro bajo, en el pie de talud evita que el
agua de las cunetas lo erosionen y active el flujo.
ESTABILIDAD DE TALUDES
13
ESTABILIDAD DE TALUDES
• Se habla de talud infinito cuando el espesor del material inestable es
pequeño respecto a la altura del talud.
• La superficie de deslizamiento es paralela a la del talud.
Suponemos que el talud tiene una gran extensión en la dirección
normal a la sección indicada, por lo que se consideran únicamente
los esfuerzos sobre las tres caras de este elemento. Sin embargo,
con un talud infinito es lógico suponer que los esfuerzos sobre las
dos caras verticales son iguales y se equilibran.
ESTABILIDAD DE TALUDES
Si el suelo esta seco y no tiene cohesión
( c = 0; µ = 0; γ = γd; φ ≠ 0 )
Arena seca
• Superficie de falla plana y paralela al talud
• Masa que desliza de pequeño espesor
• Tensiones en caras verticales iguales y opuestas
Equilibrio de
fuerzas
a
i
T = W ⋅ sen i ; N = W ⋅ cos i ; W = γ d ⋅ a ⋅ d
N ⋅ tan φ W ⋅ cos i ⋅ tan φ
FS =
=
W ⋅ sen i
W ⋅ sen i
tan φ
⇒ i máx = φ
FS =
tan i
d
W
T
N
Si se moviliza toda la resistencia al corte (FS = 1), el talud será estable si i = φ.
Donde i es el ángulo de reposo
14
ESTABILIDAD DE TALUDES
Si el suelo esta seco y no tiene cohesion
( c = 0; µ ≠ 0; φ ≠ 0 )
Talud sumergido
a
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
i
d
W
a.d.γw
T
T = W ' ⋅ sen i ; N ' = W ' ⋅ cos i ; W ' = γ ' ⋅ a ⋅ d
N´
N ⋅ tan φ W ⋅ cos i ⋅ tan φ
=
W ' ⋅ sen i
W ' ⋅ sen i
tan φ
FS =
⇒ i máx = φ
tan i
FS =
'
'
ESTABILIDAD DE TALUDES
S.T
SI EL SUELO ESTA SATURADO Y CON COHESIÓN
a) N+U = W· cosβ
b) T
= W·senβ
c) U = u · b (así U queda en kN)
cosβ
d) W = b·z·γsat
b
σI=σIII
x
τI= τIII
z
τIII
σIII
σI
τI
β
σII
τII
x= b/cosβ
T =W sen(β) =b·z·γsat·sen(β)
b
T = T /(b /cos(β))= T cos(β)/b para que quede en kN/m2
∴ N` = W cos(β)−U = b·z·γsat·cosβ - u·b
cosβ
F.S = Fzas. resistet =
τ
=
Fzas. solicit
(T·cosβ
β) / b
∴ F.S = c + σn· tgφ
φ = c + (N·cosβ
β /b)·tgφ
φ
(T·cosβ
β)/b
(T·cosβ
β)/b
β
β
β
β
w
T
β
N
U
w
F.S = c + [ (b·z·γγsat cos β - u·b/cos β ) cos β /b ]·tg φ = c + (z·γγsat·cos2β -u)·tg φ
b·z·γγsat·sen β ·(cos β / b)
z·γγsat·sen β ·cos β
15
ESTABILIDAD DE TALUDES
SI EXISTE FLUJO DE AGUA PARALELO AL TALUD
NT
Equipotencial ( =E )
NF
SPF
hB
hA
∆H
β
PERDIDA DE CARGA DH=L SEN (β)
N
Gradiente β = L sen (β) /L = cos (β)
ESTABILIDAD DE TALUDES
La estabilidad de taludes es un problema de
equilibrio plástico. Cuando la masa está a punto de
fallar, las fuerzas que producen el movimiento han
llegado a ser iguales a la resistencia que opone la
masa al ser movida. Debido a la geometría irregular
de la masa y al complejo sistema de fuerzas que hay
en un problema real, los métodos de análisis directo,
como los que se usan para el empuje de tierras rara
vez son aplicables. En vez de esto es mas
provechoso emplear un sistema de tanteo para
determinar el factor de seguridad (F.S.) en un
proyecto tentativo o la falla potencial de un talud
existente.
Primero se supone una superficie de falla potencial
y se calcula la resistencia al esfuerzo cortante que
actúa a lo largo de ella; después se determinan las
fuerzas que actúan en el suelo limitado por la
superficie de falla y posteriormente se calcula el F.S.
de ese segmento.
Si se prueban numerosos segmentos, aquel en que
el F.S. hallado sea menor , será teoricamente el
verdadero factor de seguridad de la masa de suelo.
Sin embargo en la práctica, el menor factor se halla
analizando
unos
cuantos
segmentos
bien
seleccionados de posible falla
y esto es
suficientemente exacto.
16
ESTABILIDAD DE TALUDES
2.-
COMPORTAMIENTO EN SUELOS
φ, c.
En este caso la SPF es el manto de un cilindro y por lo tanto es de tipo circular
estando definida por un radio (R) y un centro (O).
Si existe fuerza adicional resistente
o
Ms (+)
(muro, pilote u otro) en el pie del
talud se toma como Q.
Mr (-)
bi
γ1; c1;φ1
FS = ΣFr = Σ(c ·∆li + N·tgφ) + Q
ΣFs
ΣT
R
WI
RI
RD
Si existen fuerzas exteriores
distintas de la gravedad sobre la
masa deslizante, el momento de
estas fuerzas se incluye en Ms ⇒Σ
Pj·Lj
γ2; c2; φ2
θi
TI
NI
CENTRO DE ROTACION
UI
SUPERFICIE
CIRCULAR DE
DESLIZAMIENTO
ZONA DE
PRESION ACTIVA
ZONA DE
PRESION PASIVA
ESTABILIDAD DE TALUDES
CIRCULO SUECO O DE FELLENIUS (1936)
V
∆xi
Ni =N -Ui
Ni = (Wi +Vi) ·cos θi - Ui
Ui =µi·∆li
Ni + Ui=N
Wi
∴F.S = ΣFr / ΣFs
F.S = c·∆li + Σ (N -U) ·tg φ
ΣT
θi
RD
RD
RI
Wi
Ti
θi
(1)
∆li→~∆li
θi
Ti
N
Ui =µi·∆li
SI EXISTE NAPA SOBRE S.P.F
F.S = Σ c·∆·li + Σ (Wi·cos θi - ui·∆li)·tg φ
Σ Wi·sen θi
Se supone que las fuerzas sobre las caras de las dovelas, tienen una
resultante nula en la dirección normal al arco de deslizamiento para esa
dovela
Si existe falla no drenada (suelos solamente cohesivos) φ=0, ; c = cu = qu/2
F.S = Σ c·∆·li / Σ Wi sen θ
17
ESTABILIDAD DE TALUDES
∆x
METODO DE BISHOP (versión simplificada) 1956
V
F.S =Σ
Σ M. RESISTET
Σ M. DESTRUC
α
W
S.P.F
w
α b
w
FS =
1 2 3 4 5 6
∑ R ( N ⋅ tan φ + cb )
1
∑ R ((W + V ) ⋅ sen α )
Σ Fv :
N·cosα - (W+V)+Tc senα = 0
RESISTENCIA POR FRICCIÓN:
Tc = N tgφ
F.S
W +V
1
⋅
cos α 1 + tan φ tan α
FS
cos(α) = ∆x/b
b = ∆x/cosα
2
Reemplazando en
1
3
Reemplazando 3 en 2 y dividiendo por cos α:
N=
Tc=cb+N`tgφ
N-U


W +V

1

 tan φ + c ⋅ ∆x
⋅
φ
α
tan
tan
 cos α 1 +



FS

FS = 
(W + V ) ⋅ sen α
ESTABILIDAD DE TALUDES
18
ESTABILIDAD DE TALUDES
INICIO
DEFINICION DE LA SUPERFICIE DE DESLIZAMIENTO
DIVISIÓN DE LA MASA DESLIZANTE EN DOVELAS
(A MAYOR NÚMERO DE DOVELAS MAS PRECISO EL CÁLCULO)
OBTENCIÓN DE LOS VALORES DE αI, LI,WI, E, UI
DEFINICIÓN DE LOS VALORES DE C`, E, φ`A BASE DE CADA DOVELA
DARSE UN VALOR DE FS EN GENERAL O VALOR DE FS PARA MÉTODO DE BISHOP
CÁLCULO DEL VALOR DEL NUMERADOR Y DENOMINADOR
OBTENCIÓN DE UN NUEVO FS
¿VALOR DE FS ES PRÓXIMO AL VALOR ARBITRARIO INICIAL?
CONVERGENCIA OBTENIDA
REPETIR EL PROCEDIMIENTO PARA OTRAS SUPERFICIES OBTENIDAS
ESTABILIDAD DE TALUDES
O
58
1
C = 0,2 Kg/cm2
φ = 25º
γ= 1,8 T/m3
E = 20 T/m2
2
3
10m
4
5
7
40
Wcosθ
FS = cΣ∆li +ΣN tgφ
ΣWsenθ
DOVELA
1
2
3
4
5
6
7
A) FS = ( 2·17,6) + (47,98·0,47) = 1,6
35.95
B) FS = (2·(17,6-1,9-2,3))+ ((47,98-2,12-6,15)·0,47)+20) = 1,96
35,45- (2.03 + 0.41)
αi
61.3
48.1
40.4
37
24
18.3
10.9
Dli
3.3
3.2
2.6
2.2
2.1
2.3
1.9
17.6
Wi Wcos(α) Wsen(α)
5.4
11.52
12.46
12.46
10.08
6.48
6.15
2.03
2.16
2.12
0.41
60.84 47.98
35.95
Se restan aquellos pesos que ya no
existen por el muro y se suma muro
19
ESTABILIDAD DE TALUDES
EFECTOS SISMICOS EN LA ESTABILIDAD DE TALUDES
METODOSIMPLIFICADO
Momento motriz sísmico (Mms)=c∑
∑Widi
Fi=CiWi
Donde : 0.06≤
≤ C ≤0.12 ; Situación
anterior grandes sismos
o
d2
R
d1
w1
F1 = cW1
F2 =cW2
F3 =cW3
·
w2 ·
w3 ·
w5·
w4 ·
C : Coeficiente sísmico
W : Peso de cada estrato
d : Distancia vertical entre 0 y punto medio de cada estrato
∴Mms =F1d1+F2d2+F3d3+F4d4
F4 = cW4
∴F.S = _____Mres___
Mvolc+c∑
∑Widi
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE TERRAPLENES
CLASIFICACION DE FALLAS OBSERVADAS
• EROSIONES Y DESLIZAMIENTOS LOCALES POR FALLA AL CORTE EN TALUDES
• CORRIMIENTO DE MASA EN LADERAS DE CERRO
• ASENTAMIENTO POR DISMINUCION DE HUECOS DEL SUELO DE RELLENO
• HUNDIMIENTO POR CONSOLIDACION DEL SUELO DE FUNDACION
• FLUJO PLASTICO DEL SUELO DE FUNDACION
• ASENTAMIENTO BRUSCO POR VIBRACION Y LICUACION DEL SUELO DE FUNDACION
20
ESTABILIDAD DE TALUDES
EROSIONES Y DESLIZAMIENTOS LOCALES POR FALLA AL CORTE EN TALUDES
Este tipo de fallas se manifiesta debido a fallas por corte con desplazamientos y grietas de
tracción en el coronamiento del terraplén. Se presentan fundamentalmente en suelos finos
con alto contenido de finos.
La causa principal de este fenómeno es la acción del agua superficial, que se infiltra y
erosiona en el material de relleno, produciendo los siguientes efectos:
•
•
•
•
Disminución De La Fricción Interna Del Suelo Por Saturación De Los Finos
Aumento De Peso De La Masa De Suelo
Generación De Presión Hidrostática
Debilitamiento De La Superficie De Corte Por Socavación.
PRECAUCIONES
Estabilizar e impermeabilizar bermas y taludes (materia vegetal, asfalto, etc.)
Canalización de las aguas superficiales a través de cunetas , soleras, bajadas revestidas,
etc. (con impermeabilizacion)
ESTABILIDAD DE TALUDES
CORRIMIENTOS DE MASAS EN LADERAS DE CERROS
La construcción de terraplenes sobre planos inclinados viene normalmente
acompañada de corrimientos de masas de suelo.
La experiencia indica que para pendientes mayores de 1:5 (V:H) ,ocurren anomalías de
este tipo. El fenómeno se produce por un debilitamiento en el plano de contacto entre
el suelo natural y el terraplén agravado por la acción del agua, (bloqueo del drenaje
natural del cerro). Particularmente se observa en secciones mixtas (corte- terraplén),
donde la sección de corte permanece estable.
En general pueden hacerse las siguientes consideraciones para la construcción de
terraplenes en laderas de cerros.
21
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE TALUDES
ASENTAMIENTO POR DISMINUCIÓN DE HUECOS DEL SUELO DE RELLENO
Durante el proceso de compactación del relleno se produce una importante reducción de huecos en la
masa de suelo. Este acomodo continúa a lo largo del tiempo traduciéndose en una deformación
superficial de la rasante del camino. Su magnitud dependerá de dos factores; grado de compactación y
altura de terraplén
HUNDIMIENTO POR CONSOLIDACION DEL SUELO DE FUNDACION
Fenómeno que se produce por la existencia de suelos de alta compresibilidad, bajo el plano de carga
de los terraplenes, produciendo en ellos una presión por sobrepresión impuesta y una disminución de
volumen con expulsión de agua de los poros.
FLUJO PLASTICO DEL SUELO DE FUNDACION
Este fenómeno es característico de suelos blandos o de baja consistencia y se presenta como una
deformación continua derivada de un esfuerzo de corte constante y se manifiesta como hundimiento del
terraplén acompañado de solevamiento del terreno adyacente.
El flujo plástico puede manifestarse en forma lenta o rápida, dependiendo del tipo de falla. El suelo debe
ser de muy baja permeabilidad.
ASENTAMIENTO BRUSCO POR VIBRACION Y LICUACION DEL SUELO DE FUNDACION
Este fenómeno se produce cuando determinados suelos son sometidos a efectos dinámicos de vibración
o impacto, tendiendo a densificarse disminuyendo de volumen. Este efecto es particularmente notorio en
arenas uniformes y limos sin cohesion.
22
ESTABILIDAD DE TALUDES
2. Sumergido parcialmente
1. Múltiples tipos de suelos
AGUA
SUPERFICIE
DE FALLA
4. Estratos de suelos discontinuos y de altura variable
3. Sumergido totalmente
ESTRATO
DISCONTINUO
Dry or water-filled tension cracks
SUPERFICIE DE
FALLA
ESTABILIDAD DE TALUDES
Geometría de falla especificada
5. Capas de suelo impenetrable
SUPERFI
CIE DE
FALLA
SUPERFICIE DE
FALLA
CAPA
IMPENETRABLE
Sobrecarga uniformemente repartida
Carga al pie del talud
SOBRECARGA
BERMA DE PIE
23
ESTABILIDAD DE TALUDES
Carga por pilotaje
Carga de geogrillas
GEO-GRILLA
Cargas puntuales
Cargas de anclaje
ESTABILIDAD DE TALUDES
70
100
1.412
65
1.228
90
60
55
80
Pressure Boundary
50
70
Slice 17
60
40
Elevation (m)
Elevation (m)
45
35
30
25
40
15
Soil 2
Anchor
30
20
Soil 1
Anchor
50
20
Soil 3
10
10
5
0
0
-5
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
-10
-30
120
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Distance (m)
Distance (m)
32
2.342 2.064 1.926 1.898 1.958
30
240
28
2.342 2.039 1.904 1.896 1.983
230
26
220
2.354 2.022 1.894 1.903 2.040
24
2.386 2.021 1.905 1.934 2.080
200
20
2.448 2.053 1.939 2.000 2.133
18
Footing Load
190
Elevation (feet)
Elevation (m)
1.765
210
22
16
14
12
10
Water
8
180
170
160
150
Soil
6
140
4
130
Foundation Material
2
120
0
110
-2
-5
0
5
10
15
20
25
30
Distance (m)
35
40
45
50
55
60
100
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
Distance (feet)
24