Tema 7 Estabilidad de Talud

Tema 7 Estabilidad de

TaludesCURSO: MECANICA DE SUELOS II

PROFESOR: Ing. OSCAR DONAYRE CÓRDOVA

UNIVERSIDAD RICARDO PALMALABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y ASFALTO

Se entiende por talud a todas lassuperficies inclinadas respecto a lasuperficies inclinadas respecto a lahorizontal que adopta la estructura desuelos y/o roca en forma natural osuelos y/o roca en forma natural ocomo consecuencia de una obra deingenieríaingeniería.Por lo que se tendrá dos tipos taludes:

-Taludes Naturales-Taludes Artificiales


CLASIFICACIÓN GENERAL DE TALUDES


Todos los taludes tienen una tendencia inherente a degradarse a una forma más estable (en última instancia se degradará a una ( gsuperficie horizontal) y, bajo este punto de vista la “inestabilidad” equivale a la tendencia a qmoverse parte de la masa del talud, y la “falla” es el movimiento real de las masas inestables. Las fuerzas que causan la inestabilidad son la gravedad y la infiltración, mientras que la resistencia a la falla proviene de la geometría del talud y de la resistencia al esfuerzo de cortante del propio suelo y de las rocas.


El movimiento de las masas puede darse como El movimiento de las masas puede darse como resultado de una falla al corte a lo largo de cierta superficie interna, o bien cuando una p ,disminución general del esfuerzo efectivo entre las partículas causa una licuación total o parcial.Existe gran variedad de tipos de movimiento (fallas); para nuestros propósitos, conviene clasificarlos en tres categorías:

•DerrumbesD rrum•DeslizamientosFluj s (Hu c s)•Flujos (Huaycos)


L d t mi ió d l t d d f l La determinación del estado de esfuerzos en los diferentes puntos del medio material que constituye un talud es un problema complejo aún constituye un talud es un problema complejo aún no resuelto; por lo que la mayoría de los métodos se basa en el estudio del mecanismo de falla del talud, por lo general se considera que la falla ocurre por un deslizamiento de la masa de suelo el cual actua como un cuerpo rígido a de suelo, el cual actua como un cuerpo rígido, a lo largo de una superficie de falla supuesta por lo que se considera que en este caso el suelo lo que se considera que en este caso el suelo desarrolla en todo punto de la superficie de falla la máxima resistencia al esfuerzo cortante que se le considere en el instante de falla.


DESCRIPCIÓN GENERALDESCRIPCIÓN GENERAL DE UN TALUD

Corona del Talud

Cuerpo del TaludAltura del talud

Pie o base

Terreno de Fundación del Talud

α ángulo del TaludPie o basedel Talud


DESCRIPCIÓN GENERAL GENERAL TALUD DE

ROCA


En la actualidad los problemas en los taludes relacionados a la ingeniería están mejor relacionados a la ingeniería están mejor definidos por lo que se construyen (los taludes artificiales) con factores de taludes artificiales) con factores de seguridad mínimos ya que los métodos se rigen bajo la investigación de las propiedades rigen bajo la investigación de las propiedades mecánicas de los suelos que componen el cuerpo del talud por lo que la posibilidad cuerpo del talud, por lo que, la posibilidad de una falla se presenta de manera muy pequeñapequeña.


Ti C d F llTipos y Causas de Falla más comunesmás comunes


Falla por traslaciónFalla por traslación

Ocurren cuando dentro de la fundación del talud y arelativamente poca profundidad existe un estratoparalelo o casi paralelo a la superficie del terreno,

ócuya resistencia al corte sea muy baja. Fenómenofrecuente cuando el terreno natural constituye unal d i li d l l débil d dladera inclinada con el plano débil guardando unainclinación similar por lo general los planos débilesson estratos delgados de arcilla muy blanda o deson estratos delgados de arcilla muy blanda o dearena mas o menos fina sujeta a una disminución deesfuerzos efectivos y disminución en la resistenciaesfuerzos efectivos y disminución en la resistenciadel manto al esfuerzo cortante.


Influencia de las características estructuralesInfluencia de las características estructurales


FALLAS GENERALES POR ROTACIONFALLAS GENERALES POR ROTACION

I

IIII

III

I Local o SuperficialII Por el pie del taludII Por el pie del taludIII De fondo a Base


Falla por deslizamiento superficial

Todo talud soporta fuerzas naturales que tienden ahacer que las partículas y porciones del suelohacer que las partículas y porciones del suelopróximas a su frontera superficial se deslicen haciaabajo, a causa de la falta de presión normalj , pconfinante que allí existe; el desequilibrio puedeproducirse por un aumento en las cargas actuantes enl d l l d di i ió lla corona o cuerpo del talud, por una disminución en laresistencia del suelo al cortante, en el caso deladeras naturales por erosión progresiva porladeras naturales por erosión progresiva, porformación geológica. Este fenómeno es muy frecuentey peligroso en laderas naturales; se observay p ginclinación de los arboles, surcos en el suelo, rupturade diques naturales de suelos, etc.


Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies defalla preexistentesfalla preexistentes

Mecanismo producido por un proceso de deformaciónb j f t t t f dbajo esfuerzo cortante en partes mas profundas, quellega muchas veces a producir una verdadera superficiede falla; cuando los movimientos se aceleran se puedede falla; cuando los movimientos se aceleran se puedeproducir un deslizamiento de tierras. La mayor parte deestos tipos de movimientos se produce por la presenciap p p pde agua en el interior de la ladera; este tipo de falla sepresenta con frecuencia en materiales cohesivos, dondel f it i l d t i d i dlas fuerzas gravitacionales en un determinado periodoproducen deformaciones grandes que generan lasuperficie de fallasuperficie de falla.Una vez generada la superficie, la resistencia actuantea lo largo de ella será la resistencia residual.


g

Grietas de Tensión en

GRIETAS DE TENSION

La Corona del talud

Superficie de falla pre-existentespre existentes


Falla por movimiento del cuerpo del Talud

Movimientos bruscos que afectan a masasconsiderables de suelo, con superficies de falla quep qpenetran profundamente en su cuerpo; se produceuna falla de superficie curva por donde sed li á l d l t l d t f lldeslizará la masa del talud, esta falla se conocecomo falla por rotación intermedia. Las que segeneran a lo largo de superficies débiles en planosgeneran a lo largo de superficies débiles en planosque suelen ser horizontales o muy poco inclinadosrespecto al horizontal son conocidas como fallasppor traslación.


Flujos (Huaycos)j y

Movimientos mas o menos rápidos de zonasl li d d l d t l d llocalizadas de una ladera natural, de manera que elmovimiento en si y la distribución aparente de lasvelocidades y los desplazamientos son semejantes alvelocidades y los desplazamientos son semejantes alfluir un líquido viscoso. No existe en si una superficiede falla, se producen en cualquier formación nop qcementada desde fragmentos de roca, hasta arcillas;se producen tanto en materiales secos, comohúm d M h fl j á id m t i lhúmedos. Muchos flujos rápidos en materiales secosocurren asociados a fenómenos de presión de aire, enlos que este juega un papel similar a la del agua enlos que este juega un papel similar a la del agua enlos fenómenos de licuación de suelos.


F ll óFallas por erosiónFallas de tipo superficial provocadas acciónprincipalmente de las lluvias que ante lafalta de cubierta vegetal en el taluddestruye progresivamente la matriz finadestruye progresivamente la matriz finadel suelo, en algunos casos también sedebe a la acción del viento en taludesdebe a la acción del viento en taludesnaturales de litoral.


Falla por licuaciónFalla por licuaciónSe producen cuando en la zona deldeslizamiento el suelo pasa rápidamente dedeslizamiento el suelo pasa rápidamente deuna condición mas o menos firme a lacorrespondiente a una suspensión con perdidacorrespondiente a una suspensión con perdidacasi total de resistencia al esfuerzo cortante;fenómeno producido en las arcillasextrasensitivas y arenas poco compactadas.


Parámetros de Parámetros de Resistencia al Resistencia al

Esfuerzo Cortante Esfuerzo ortante Para el Análisis de

Estabilidad


CASO DE CASO DE TERRAPLENESTERRAPLENES


Las condiciones mecánicas de los suelos sonLas condiciones mecánicas de los suelos sonanalizadas especialmente cuando se vaconstruir el terraplén en un terreno arcillosoconstruir el terraplén en un terreno arcillososaturado y blando. Considerando la superficiepotencial de deslizamiento la variación de lapotencial de deslizamiento, la variación de laaltura del terraplén con el tiempo, el cambiode esfuerzo cortante promedio en lade esfuerzo cortante promedio en lasuperficie de falla, la variación de la presiónde poros En este caso las condiciones dede poros. En este caso las condiciones deseguridad con respecto al deslizamientodecrecen durante la época de construccióndecrecen durante la época de construcción.


CASO DE CASO DE EXCAVACIONESEXCAVACIONES


Excavaciones practicadas en arcilla blandas psaturadas

L c ndición crític s pr s nt l r pl z La condición crítica se presenta a largo plazo cuando las presiones de poro se han adaptado o bien a una condición estática o a una de flujo bien a una condición estática o a una de flujo establecido para el análisis se considera la consolidación y el drenaje lento en términos de esfuerzos efectivos.


Excavaciones practicadas en suelos granulares p ggruesos

L c ndición crític s pr s nt c rt pl z La condición crítica se presenta a corto plazo cuando las presiones de poro crecen y los flujos de agua limpian los finos dejando sin matriz a la de agua limpian los finos dejando sin matriz a la gravas, el análisis debe considerar la consolidación y el drenaje rápido en términos de esfuerzos efectivos.


Taludes en Taludes en ArenasArenas


La estabilidad de un talud homogéneo esLa estabilidad de un talud homogéneo esconsecuencia de la fricción que se desarrolla entrelas partículas constituyentes de la arena, paragarantizar su estabilidad el ángulo del talud serámenor que el ángulo de fricción del material por loque la condición de estabilidad es de que:que la condición de estabilidad es de que:

α = φLos granos de arena próximos a la frontera del taludLos granos de arena próximos a la frontera del taludno sometidos a ningún confinamiento están propensosa posibles deslizamientos producidos por el agua y el

áviento, el factor de seguridad (FS) estarádeterminado por el ángulo de reposo y el ángulo defricción dando un valor de F que este en el orden defricción dando un valor de FS que este en el orden de1.1 ó 1.2


Grietas de TensiónGrietas de Tensión


Deslizamiento con superficies de falla preexistentesDeslizamiento con superficies de falla preexistentes

Deslizamientos de la masa de suelo con respecto apotra superficie, por lo que la resistenciacorresponde a niveles muy altos de deformación

i l i di á i i bl t lprevia lo que indica que será invariablemente laresistencia residual.


Producido antes de ocurrir un deslizamiento detierras en el cuerpo de un talud que no sea

t f i i t l d lpuramente friccionante, en la corona o cuerpo deltalud se presentan grietas mas o menoslongitudinales; por la existencia de tensiones en lalongitudinales; por la existencia de tensiones en lazona.Consecuencia de la presencia de grietas:p g•Reducción en la longitud de la superficie dedeslizamiento, disminución en el momento resistente.Di i ió l t t d id l•Disminución en el momento motor, reducido por el

peso de la cuña.•Generación de empujes hidrostaticos causados por el•Generación de empujes hidrostaticos causados por elagua infiltrada cuando se almacena en la grieta.


Análisis de Análisis de Estabilidad de Estabilidad de

TaludesTaludes


Cálculo de la estabilidad de taludes


Factor de Seguridad (FS)


Para analizar la estabilidad de un talud o superficie inclinada sea esta natural o artificial, el rigor de su estudio basado en gmétodos de “Análisis Límite”, constituye en imaginar un mecanismo de falla, basado en la g ,intuición y experiencia. Aplicando luego a tal mecanismo los criterios de resistencia del m mmaterial o materiales involucrados o componentes del talud.componentes del talud.


Dirección de los Esfuezos Principales en la Falla de un Talud


Métodos de Análisis


u Ja

nbu

s de

ét

odos

Mé


or

Taylo

s de

Tét

odos

Mé


Método de Fellenius Método de Fellenius o de las Dovelaso de las Dovelas


El procedimiento generalmente es usado para p m g m pevaluar el factor de seguridad de los taludes naturales o de excavados en suelos naturales o de excavados en suelos estratificados o irregulares, suponiendo que la s fi i d d sli i t ti f superficie de deslizamiento tiene forma circular.Este método nos ayuda a determinar el factor de seguridad de taludes en suelo homogéneo g gcomo heterogéneos es decir cuando el cuerpo del talud se compone de más de un tipo de del talud se compone de más de un tipo de suelo o hay un sistema de flujo poco usual.


Métodos de Fellenius


En este método la masa de falla se divide en una serie de dovelas (rebanadas) verticales y se considera el equilibrio de cada una de estas dovelas. Cada dovela se considera como cuerpo libre, se tomará en cuenta el mínimo coeficiente de seguridad por lo que es necesario elegir diferentes posiciones.Cabe señalar que cuanto más profunda sea la superficie de falla mayor será el factor de seguridad debido a que la resistencia del suelo es mayor; los taludes no soportan pendientes mayores que el ángulo por lo que se produce el deslizamiento.


En primer lugar, se propone una

1

se propone una superficie de falla a elección y

32

falla a elección y se divide en dovelas la masa 3

4

deslizante

45

67


Métodos de Métodos de Fellenius u Ordinario Ordinario


Diagrama de fuerzas que actúan en cada dovela

Ei2

WiEi1 Ei2Ei1

TT T2T1

ΔLi

Ni

Ti

α

i


Métodos de Dovelas


Efecto del agua en la resistencia


Fuerzas que actuan en cada dovela

W : peso total de la dovelaEi y Ei : fuerzas de empuje lateralEi1 y Ei2 : fuerzas de empuje lateral.Ni y Ti : componente del peso, W que actúa en ladirección normal y tangencial en la base de la dovela.dirección normal y tangencial en la base de la dovela.S o τ : esfuerzo resistente desarrollada por elsuelo que se ubica en la base de la dovela.suelo que se ubica en la base de la dovela.μi : esfuerzo debido a la presión de porosque actúa en la base de la dovela.


Calculo de W:W = γ * hi * bW = γ hi b-b: ancho de dovela- γ : peso unitario de la capa del suelo o suelos.p p-hi: espesor promedio de las capa del suelo o suelos.Otros cálculosL b / ( ) bi h d l d lLi = bi / (cos αi), bi : ancho de la dovelaUi = uixliui = h γui = hwxγwNi = Wixcos αi (componente normal)Ti = Wixsen αi (componente tangencial)


•Calculo del esfuerzo cortante promedioτi en elcaso de:

Suelos Granulares (a nivel de esfuerzos efectivos):Suelos Granulares (a nivel de esfuerzos efectivos):τi = c li + (Ni-μ) tanφ

Suelos Finos (a nivel de esfurzos totales):τu = cu li + N tanφu u i φ


Factor de Seguridad (Fs):

FS = R

MM

Donde:

mM

Donde:MR :Momento ResistenteMm :Momento motorLa forma de la superficie de falla dependedel tipo de suelo.


Métodos de Análisis Límite


Métodos de Análisis

Límite


Ejemplo de Análisis Límite con GEOSLOPE


Ejemplo de Análisis Límite con GEOSLOPE

0.9220.922

Description: Arena de Relave Description: Roca fracturada arcillosa

LAGUNA DERECIRCULACION

snm

)

485460

esc pt o e a de e a eUnit Weight: 1.56Cohesion: 0Phi: 28

Description: Roca fracturada arcillosaUnit Weight: 2.35Cohesion: 3Phi: 30

Description: Roca caliza, lutitaUnit Weight: 2.5Cohesion: 200Phi: 35

CARRETERA

a Te

rren

o (m

s

12182430364248

Distancia Horizontal (m)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320

Cot

a

06

12


Ejemplo de Análisis Límite con SLIDE


E‐mail: [email protected]


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