CURSO DE ESTABILIDAD DE CURSO DE ESTABILIDAD DE TALUDESTALUDES

SESION II:ESTABILIDAD DE TALUDES DE

SUELOS GRANULARES

ANALISIS DE ESTABILIDAD Y OBRAS DE ESTABILIZACION

GEOMETRIA DE SUPERFICIES DE FALLA:GEOMETRIA DE SUPERFICIES DE FALLA:

FALLA DE “PIE DE TALUD”FALLA DE “PIE DE TALUD”

TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS (c´=0, φ´≥30°)

r

r

FS

++

+

1.0

1.2

1.4

0.8

A B C

A B C

Sin SismoCon Sismo

Inestable

Estable

Fallamiento de Taludes de Suelos Granulares Limpios

CUESTA DE ÑAUPEPanamericana Norte km 145 - 149 de Chiclayo.

MODELO DE TALUD INFINITO

α

FS = tanφ/tanα

T

N

T = WsenαN = WcosαS

S = Ntanφ = Wcosα tanφ

FS = S/T

PANAMERICANA SURCERRO DE ARENA KM 715 – KM 774

(entre Atico y Ocoña)

r

FS

++

+

1.0

1.2

1.4

0.8

A B C

A B C

Sin Filtraciones

Con Filtraciones

Inestable

Estable

Taludes de Suelos Granulares Limpios sujeto a Filtración

r

TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS CON FILTRACION

r r

FS

++

+

1.0

1.2

1.4

0.8

A B C

A B C

Inestable

Estable

Taludes Granulares con Finos Plásticos

Fricción

Cohesion

FricciónCohesión

Zona Intermedia

Critica

TALUDES DE SUELOS GRANULARES CON FINOS (c´>0, φ´≥30°)

INFLUENCIA DE LA COHESION

αΦ

Taludes pueden

sostenerse con

pendientes mayores a φ

r r

FS

++

+1.0

1.2

1.4

0.8

A B C

A B C

Sin LLuvia

Con LLuvia

Inestable

Estable

Suelos Granulares con Finos y Disminución de Cohesión por Lluvias

HumedecimientoSuperficial por las LLuvias

SUELOS GRANULAR CON FINOS CON PERDIDA DE COHESIONSUELOS GRANULAR CON FINOS CON PERDIDA DE COHESION

METODOLOGIAS PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

c

Método de Equilibrio de Momentos

su

R

θbc

c.g. +

W dk

grieta

d

FS = R2.θc.su/(Wd+Pwdw+Pkdk)

dw

Pw

++ 0

b

Pk

αi (+)

Ni

Wi

Ti

FS = ΣSi/ΣTiSi = suli = culi + σi.li.tanφu

σi.li = Ni = Wi.cosαi

Ti = Wi.senαi

Wi = biγihi

Sui

hi

Método de Fellenius o de las Dovelas

bi

hw

Wi

Ti Ni

FS = ΣSi/ΣTi

Si = s.li = c’.li + σ’i.li.tanφ’σ’i.li = Ni - Ui = Wi.cosαi -ui.liui = γw.hwWi = biγihiTi = Wi.senαi

ui

línea piezométrica

Si

Método de Fellenius o de las Dovelas-Suelos Granulares

bi

hi

Wi

Sui

Ti

Ni

Los métodos utilizados actualmente dividen la masa inestable en dovelas orebanadas verticales deslizantes.

El Factor de Seguridad FS es la relación entre las fuerzas resistentes y las fuerzas actuantes en el plano potencial de falla definido de manera previa.

ANALISIS DE ESTABILIDADANALISIS DE ESTABILIDAD

Método de Bishop:• Desarrollado para roturas circulares.• Interacciones entre rebanadas son nulas. • Considera el equilibrio de momentos respecto al centro del arco circular.• Versión posterior puede aplicar a superficies no curvas definiendo

centros ficticios.

Método de Janbu.-• Considera superficies no necesariamente circulares.• Supone que la interacción entre rebanadas es nula.• Se define una línea de empuje entre las rebanadas.• Considera el equilibrio de fuerzas y momentos.

Método de Spencer:

• Es un método riguroso.

• Supone que de la interacción entre rebanadas aparece una componente de empuje con ángulo de inclinación constante.

• Mediante iteraciones, analiza tanto el equilibrio en momentos como en fuerzas en función.

• La convergencia hacia un mismo valor determina el FS correspondiente.

• Es aplicable tanto a roturas circulares como generales.

• Método de Morgenstern y Price:• Considera el equilibrio de momentos como de fuerzas. • La diferencia fundamental estriba en que la interacción

entre rebanadas viene dada por una función.• Presenta problemas de convergencia.

• Método de Sarma:

• Se busca la aceleración horizontal necesaria para que la masa de suelo alcance el equilibrio límite.

• El FS es calculado reduciendo progresivamente la resistencia a cortante del suelo hasta que la aceleración se anula.

• Por sus características es aplicable a rebanadas no verticales.

¿Cual debe utilizarse?.

La respuesta depende de muchas variables, especialmente de la geometría de la línea de falla asumida, de los parámetros de resistencia considerado y la forma de actuación del agua.

Falla Circular

Falla Tipo Cuña

Falla Compuesta

Un caso de trazado de una carretera a media ladera en un macizo de suelo con rotura circular, donde se aprecia la excelente aproximación que se obtiene utilizando Bishop, Janbu y Spencer.

INFLUENCIA DEL SISMO

- La fuerza sísmica interviene mediante la componente horizontal:

PPkk = c.W= c.Wdonde:

c : coeficiente sísmicoW : peso de la masa de suelo inestable.

- El coeficiente sísmico depende de:- la sismicidad de la zona- la importancia del proyecto- los riesgos económicos y sobre la vida

Tabla 1: Coeficientes Sísmico en Análisis de Estabilidad

Sismicidad de la Zona: Coeficiente Sísmico: Alta, cercana a la costa peruana o fuente sismogénica local 0,17 a 0,22 Media, zona andina y ceja de selva o a 75 km. de fuente sismogénica local 0,10 a 0,17 Baja o Nula, zona de selva baja. 0,00 a 0,10

5.0 Método de Bishop Simplificado, 1954 - El método de dovelas no es muy preciso para suelos friccionantes. - El método considera el equilibrio de fuerzas verticales. - Adicionalmente, a la condición de equilibrio de momento global. - Las fuerzas normales, Ni es determinado con mayor precisión. - La resistencia de los suelos “friccionantes” (φ>0) depende de los esfuerzos confinantes.(fuerzas normales, Ni). - El Método de Bishop proporciona resultados tan precisos como los métodos denominado “rigurosos”. - El Método de Bishop es un método iterativo. Es necesario iniciar el cálculo mediante la consideración de un valor inicial del FS (generalmente se asume un FS=1).

El Método de Bishop utiliza la siguiente expresión: FS = 1/ΣWisenαi . Σ[c’ibi+(Wi-uibi) tanφ’i]/mαi mαi = cosαi [1+(tanαi tanφ’i /FS)] - Si se considera las fuerzas de sismo, se tendrá la expresión, para superficie de falla circular:

FS=1/[ΣWisenαi+KΣWicosαi-(K/2R)ΣWihi] . Σ[c’ibi+(Wi-uibi)tanφ’i]/mαi donde: K : coeficiente sísmico hi : altura media de la dovela R : radio de curvatura de la superficie de falla

ESTUDIO DEFINITIVO DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES Y DESLIZAMIENTOS

CARRETERA PANAMERICANA SURSECTOR CERRO DE ARENA KM 715 – KM 774

(entre Atico y Ocoña)

EXPLORACIONES DE CAMPO

• 05 líneas de refracción sísmica - 3415 km.• 04 ensayos de penetración estándar SPT - 21.80 km.• 14 ensayos de Cono Peck - 55.65m.• 26 ensayos de Cono Sowers - 58.4 m.• 14 ensayos de SPL - 62.70m.• 15 muestras inalteradas en anillo. La Tabla se presenta la ubicación y cantidad de ensayos.

ENSAYOS DE LABORATORIO

• Análisis Granulométrico.

• Ensayos de Corte Directo en muestras de anillo.

• Humedad que varían de 0.37% a 3.09%.

• Densidad de muestras de anillos: 1.52 a 1.6 gr/cm3.

• Cloruros, Sulfatos y Sales Solubles Totales.

• Las muestras, ubicación los resultados en la Tabla.

CARACTERISTICAS FISICAS Y MECANICAS

• Suelo : Arena cementada, fina, limpia a limosa

• SUCS : SP, SP-SM y SM

• γd : 1,55 gr/cm3

• Cohesión : 0.1-0.25 kg /cm2

• φ´ : 33º

ANALISIS DE ESTABILIDADAltura > 20mTalud 30°-32°Amax 0.35g

ESTABILIZACION

- Tendido de Talud: Corte, Banquetas.

- Berma de pie de talud con una altura de 0.25 - 0.30H.

- Obras de Contención que soporte la masa inestableque es proporcional a la altura del talud:

- Muros de Gravedad: Empedrado, Concreto Simple, Gaviones, Geoceldas, Tierra Armada o Suelo Reforzado con Geomalla o Geotextiles, Crib-wall(cajones).

TENDIDO DE TALUD

BERMA DE PIE CORTE

BANQUETA

CORTE Y RELLENO

OBRAS DE CONTENCION

ALTURA DE LA ESTRUCTURA DE

CONTENCION ¼ A 1/5 DE ALTURA DE TALUD

Φ

MASA INESTABLE

ESTABILIDAD INTERNA

Muro Reforzado de Gaviones Muro Reforzado de Gaviones -- AntaminaAntamina

Muro de Concreto (protección)

COSTO COMPARATIVOS DE TIPOS DE MUROS DE CONTENCION

COTA BASE DE MURO = 130.006 m

129.524

CELDAS EXTERIORES CON GRAVA

1.400.500 1.000

BASE MEJORADA

1

2

TALUD DE CORTE

PERFIL DE TERRENO ANTERIOR

AREA DE CORTE= 3.00 m2

EJE

DE

VIA

COTA DE EJE=

Linea blanca

020731+Progresiva

MURO DE GRAVEDAD DE GEOCELDAS ALTURA=2m

Estabilidad Externa

MOVIMIENTO HORIZONTAL

RESBALAMIENTO VOLCAMIENTO

ROTACIÓN

MOMENTO

ROTACIÓN

CAPACIDAD DE SOPORTE

INCLINACIÓN

SEDIMENTACIÓN

Estabilidad Externa

VOLCAMIENTO

ROTACIÓN

MOMENTO

MOVIMIENTO HORIZONTAL

RESBALAMIENTO INTERNO

MOVIMIENTOENTRECAPAS

Estabilidad Interna

Limpieza del material del pie del talud

PROCESO CONSTRUCTIVO KM. 731+00 AL KM. 731+248

Colocación de paneles para evitar el deslizamiento de la arena hacia la zona de trabajo.

Instalación de la capa de base del cimientolas celdas se rellenan con afirmado

Colocación de las geoceldas

Humedecimiento del talud para su contención momentánea durante el período de trabajo.

Perfil final del muro de confinamiento

COMPORTAMIENTO SISMICODE OBRAS DE CONTENCION

EN TALUDES DE ARENA

SISMO DE OCOÑA 21.06.01

Sismo de Ocoña21.06.01

Sismo de Ocoña21.06.01

Sismo de Ocoña21.06.01

Sismo de Ocoña21.06.01

Sismo de Ocoña21.06.01

PILAS DE LIXIVIACION

PILAS DE LIXIVIACION

INESTABILIDAD TALUD AGUAS ABAJOPROCESO DE CARGUIO NO RECOMENDABLE

PROCESO DE CARGUIO RECOMENDABLE

MUY DENSO

SEMICOMPACTO

MUY SUELTO

A MAYOR PRESION VERTICAL

CONFINANTE MENOR

ANGULO DE FRICCION

ENVOLVENTE DE FALLA CURVA

τmax

σnφ (σn)

ALTO CONFINAMIENTOBAJO CONFINAMIENTO

RESPUESTA RAPIDA

RESPUESTA LENTA

CONTRADICE TEORIA DE ENVOLVENTE CURVO

¿MAYOR CONFINAMIENTO NO ERA MENOR ANGULO DE FRICCION?

45º

40º

42º

36º