Analisi Estabilidad Taludes Con Slide

Universidad de Chile Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas

Departamento de Geologa

Geologa Aplicada

Laboratorio 8. Anlisis de Estabilidad de

Taludes con SLIDE 5. 0.

Alumno: Esteban Leiva Bianchi Profesor: Sergio Seplveda Auxiliar: Marisol Lara Ayudante: Alejandra Serey Fecha: 24 de Noviembre de 2008

2

NDICE Introduccin 3 Problemtica Planteada 3 Metodologa de Trabajo 4 Resultados 6 Discusin 17 Conclusiones 17 Referencias Digitales 19

3

Introduccin

La estabilidad de taludes es un punto importante y necesario de determinar para

todas las consideraciones geotcnicas al momento de realizar obras de ingeniera. Una

caracterizacin til del lugar de emplazamiento de cualquier obra de ingeniera que requiera

taludes en su construccin requiere considerar los siguientes aspectos:

Geologa y estratigrafa del lugar, determinando espesor y orientacin de las capas

de suelo

Densidad o peso unitario de las capas de suelo

Parmetros de resistencia del suelo (cohesin y ngulo de friccin)

Stress ejercido por la obra de ingeniera

Consideraciones ssmicas

Presencia de cuerpos de agua, entre otros aspectos.

La cantidad de parmetros en consideracin y el gran nmero de opciones que

puede contemplar el trazado de la obra hace que el clculo de estabilidad de taludes no sea

una labor trivial. La utilizacin de software se ha convertido en una herramienta til y

eficiente en el anlisis de estabilidad, facilitando de sobremanera la tarea al geotcnico.

En este informe se presentan los resultados de anlisis de estabilidad de taludes para

un caso ficticio con ayuda del programa SLIDE 5.0. de Rocscience junto con las

discusiones del caso. Primero se expondr el problema a considerar y luego se presentar la

herramienta con la cual abordaremos la problemtica. El objetivo es mostrar como el uso

del software geotcnico presenta en forma clara y sencilla el resultado de la estabilidad

ptima de los taludes en cualquier obra de ingeniera.

Problemtica Planteada

El trazado de un camino requiere realizar cortes en un cerro, por lo tanto se

necesitan trazar los taludes ptimos del mismo. Talud ptimo se entiende como aquel talud

que sea ms econmico en trminos de material extrado y que, a su vez, cumpla con todos

los requerimientos de seguridad a fin que no se generen deslizamientos ni en los peores

escenarios. En trminos sencillos se desea encontrar los valores mnimos del ngulo de

diseo de talud para que el cerro no deslice. El esquema 1 muestra en perfil como lucen los

cortes en el cerro, donde se emplaza el camino y los ngulos de diseo de talud.

Esquema 1. Cortes en el cerro y diseo de ngulos de talud.

4

La estratigrafa del problema es bsicamente horizontal, comprendiendo 3 tipos:

Suelo 1: Un talud superior de 10 [m] de potencia

Suelo 2: Un talud inferior de 12 [m] de potencia

Suelo 3: Base de la columna

Los parmetros de resistencia de los suelos se obtuvieron mediante ensayos de

resistencia al corte directo a varias muestras en el laboratorio del IDIEM. Se presentan en la

Tabla 1.

Para el anlisis probabilstico se tiene la desviacin estndar de los ensayos

realizados la cual tambin se presenta en la Tabla 1.

Suelo Peso

Unitario SD Peso Unitario Cohesin

SD Cohesin

ngulo de Friccin

SD ngulo de Friccin

[ton/m3]

[ton/m3]

[ton/m2]

[ton/m2] [] [] 1 2 0.1 0.5 0.1 38 4

2 1.8 0.1 0.5 0.15 25 3

3 2.1 0.1 0.5 0.15 35 4 Tabla 1: Parmetros de resistencia de suelos y desviacin estndar (SD) de la poblacin muestral

Metodologa de trabajo

Para el anlisis de estabilidad de taludes se utilizar el programa SLIDE 5.0. de

Rocscience. Se siguen los siguientes pasos:

1. Se caracteriza geomtricamente el talud a resolver, de manera anloga al Esquema

1. Para ello se utiliza la herramienta Boundaries Add External Boundary. Se

cuidan las dimensiones principales del talud (potencias de los estratos de suelos).

2. Se divide el talud en tres materiales distintos con la herramienta Boundaries Add

Material Boundary. Las propiedades geotcnicas mencionadas en la Tabla 1 se

ingresan en Properties Define Materials, y luego se asigna a cada lmite material

un material especfico. Se supone que 1 ton/m2 = 9,8 kN/m2.

3. Con motivo de un anlisis de estabilidad de taludes estadstico, se ingresan los

valores de desviacin estndar en Statistics Materials. En este caso se consider

que los valores de REL MIN y REL MAX son 3 veces la desviacin estndar y que

1 ton/m2 = 9,8 kN/m2.

4. Se ingresa la carga de la carretera en el replano de 6 [m] con la herramienta Loading

Add Distributed Load. Se ingresa el valor de la carga en kN/m2, suponiendo que

1 ton/m2 = 9,8 kN/m2.

5. En Surfaces Surface Options se setea un Tipo de Superficie circular con un

Mtodo de Bsqueda Slope Search. Se mantienen las opciones por defecto.

6. En Anlisis Project Settings en General se especifica la Direccin de

Fallamiento. Tambien en Statistics se elige entre un anlisis de Sensibilidad o

5

Probabilstico. Para este ltimo se utilizar un mtodo de sampling tipo

MonteCarlo.

7. En Anlisis Compute se carga el mtodo. Los resultados aparecen en Anlisis

Interpret. Se puede elegir el potencial deslizamiento con el menor Factor de

Seguridad encontrado o todos los potenciales deslizamientos que se pueden generar

con sus Factores de Seguridad asociados.

8. Bajo prueba y error se cambian de posicin los vrtices de tal manera de cambiar

los ngulos del talud superior e inferior, cuidando a su vez de mantener el replano

de 6 [m]. Se elige entre todos los modelos generados el que tenga el deslizamiento

potencial de mnimo Factor de Seguridad cercano a 1,5 pero no menor a 1,5. De esta

manera se asegura la estabilidad de los taludes en estudio.

9. Se puede repetir el mismo procedimiento ingresando una carga ssmica en Loading

Seismic Load. En este problema se utiliz una constante horizontal de 0.2 y una

constante vertical de 0.1.

10. Los resultados se pueden exportar a un archivo de imagen en File Export

Image.

6

Resultados

Anlisis de estabilidad de talud assmico

Primero, se analiza el caso de diseo de taludes para el cual FS es cercano a 1. Los

resultados obtenidos no son los recomendados para el diseo (FS entre 1,5 y 2) pero se

pueden utilizar para corroborar, a primer grado de certeza, la exactitud del mtodo (ver

discusiones).

En virtud de los procedimientos anteriormente descritos y tanto para el anlisis de

susceptibilidad como el probabilstico, se obtuvo que para el talud superior el ngulo

ptimo de estabilidad es aproximadamente 54,47 y para el talud inferior es 35,20 para un

FSmin=1,001. Los siguientes perfiles (Perfil 1, 2, 3 y 4) representan esquemticamente el

perfil generado en SLIDE 5.0. con la superficie de falla (circular) de menor Factor de

Seguridad y todas las superficies de falla (circular) generadas para los anlisis de

susceptibilidad y probabilstico.

Perfil 1. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por susceptibilidad. Se representa la

superficie de falla con menor Factor de Seguridad y su valor.

7

Perfil 2. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por susceptibilidad. Se representa todas

las potenciales superficies de falla en escala de color segn su Factor de Seguridad.

Perfil 3. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por mtodo probabilsitico. Se representa

la superficie de falla con menor Factor de Seguridad y su valor.

8

Perfil 4. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por mtodo probabilstico. Se representa

todas las potenciales superficies de falla en escala de color segn su Factor de Seguridad.

Sin embargo, estos resultados no pueden ser utilizados en el diseo final del talud,

debido a que la resolucin del error admite factores de seguridad entre 1,5 y 2.



ptimo de estabilidad es aproximadamente 36,76 y para el talud inferior es 22,04 para un

FSmin=1,508 , el cul es el mnimo de los valores recomendados en diseo de taludes. Los

siguientes perfiles (Perfil 5, 6, 7 y 8) representan esquemticamente el perfil generado en

SLIDE 5.0. con la superficie de falla (circular) de menor Factor de Seguridad y todas las

superficies de falla (circular) generadas para los anlisis de susceptibilidad y probabilstico.

9

Perfil 5. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por susceptibilidad. Se representa la

superficie de falla con menor Factor de Seguridad y su valor.

Perfil 6. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por susceptibilidad. Se representa todas

las potenciales superficies de falla en escala de color segn su Factor de Seguridad.

10

Perfil 7. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por mtodo probabilsitico. Se representa


11

Perfil 8. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes assmico por mtodo probabilstico. Se representa


Anlisis de estabilidad de talud en caso ssmico



ptimo de estabilidad es aproximadamente 32 y para el talud inferior es 22 para un factor

de seguridad FS=1,002. Los siguientes perfiles (Perfil 9, 10, 11 y 12) representan

esquemticamente el perfil generado en SLIDE 5.0. con la superficie de falla (circular) de

menor Factor de Seguridad y todas las superficies de falla (circular) generadas para los

anlisis de susceptibilidad y probabilstico. Este valor no est dentro de los recomendados

en diseo de taludes

Perfil 9. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes del caso ssmico por susceptibilidad. Se representa


12



Perfil 11. Resultados del anlisis de estabilidad de taludes del caso ssmico por mtodo probabilstico. Se

representa la superficie de falla con menor Factor de Seguridad y su valor.

13


representa todas las potenciales superficies de falla en escala de color segn su Factor de Seguridad.

Cuando el anlisis se concentra en buscar taludes ptimos para un FS=1,5 (FS

recomendado en anlisis de taludes), la base del talud es extendida sobre el valor de

tolerancia del mtodo. De todas formas, se busca los taludes ptimos aumentando la

potencia del Suelo 3 sobre el valor de tolerancia.



ptimo de estabilidad es aproximadamente 13 y para el talud inferior es 9,5 para un factor

de seguridad FS=1,504. Los siguientes perfiles (Perfil 13, 14, 15 y 16) representan

esquemticamente el perfil generado en SLIDE 5.0. con la superficie de falla (circular) de

menor Factor de Seguridad y todas las superficies de falla (circular) generadas para los

anlisis de susceptibilidad y probabilstico.

14



15




representa la superficie de falla con menor Factor de Seguridad y su valor.

16


representa todas las potenciales superficies de falla en escala de color segn su Factor de Seguridad.

17

Discusiones

Los resultados obtenidos se condicen de buena forma con las apreciaciones que se

pueden realizar sobre otros taludes en otros casos aplicando los mismos criterios que en

problema. Asimismo el resultado obtenido para el talud superior en el caso assmico con FS

aproximado a 1 (54) conversa bien con el ngulo de cizalle de 38 obtenido en el IDIEM,

el cual predice segn la teora un ngulo de trazado tentativo de 52. Esta observacin se

puede aplicar slo a este talud, debido a que se encuentra libre de fuerzas externas como

carga de estructuras o cargas de otros estratos de suelo.

Asimismo, se puede observar que los taludes superiores son mayores que los

inferiores en cada uno de los casos analizados. Esto no es slo porque el suelo superior

tenga mayor ngulo de cizalle que el inferior. Tambin influye el hecho que el suelo

inferior tiene que soportar mayor carga que el suelo superior (el suelo 2 tiene que soportar

el peso del suelo 1 ms la carretera que lo sobreyace). Por ende, el ngulo de diseo de

talud tiene que ser menor que la cantidad que predice la teora sin considerar otras cargas

que afecten el talud (Si el ngulo de cizalle del suelo 2 es 25 la teora lo predice en 75 en

el caso libre de fuerzas).

Para el caso con ssmica se deduce que el diseo de talud tiene que caracterizarse

por un trazado de ngulos ms suaves que el caso assmico. Un diseo de estas

caractersticas permite impedir el desarrollo de deslizamientos desencadenados por algn

sismo o terremoto en la zona de emplazamiento de la obra de ingeniera. Sin embargo, es

posible que los valores obtenidos para un FS cercano a 1,5 no sean admitidos en el diseo

final, debido a las grandes cantidades de material que se debe remover o a dificultades

geogrficas del trazado producto de la extensin del mismo. Dependiendo del valor de la

implementacin, se recomienda el uso de refuerzos como pernos de anclaje, redes, etc...

Vale destacar que no se han incluido consideraciones que pueden ser importantes al

momento de disear los taludes como discontinuidades de la roca, permeabilidad del suelo

o la roca, presencia de cuerpos de agua en la zona, fallas preexistentes, entre otras. Se

recomienda evaluar la completitud de la informacin geotcnica recopilada y, en caso de

existir vacos de informacin, concretar nuevos ensayos y salidas a terreno para mejorarla.

Conclusiones

El anlisis de estabilidad de taludes contempla que para el caso assmico el diseo

de taludes (segn recomendaciones geotcnicas) contempla un talud superior de 36,76 y un

talud inferior de 22,04. Para el caso ssmico (segn recomendaciones geotcnicas), el

diseo de taludes contempla un talud superior de 13 y un talud inferior de 9,5.

Se recomienda una revisin de la informacin antes de concretar el diseo ya que

puede existir informacin no recolectada que es vital en el anlisis.

18

Por ltimo, se concluye sobre las bondades del software SLIDE 5.0. en el anlisis de

estabilidad de taludes.

19

Referencias Digitales

Diapositivas de Ctedra de Geologa Aplicada, semestre Primavera 2008.

www.u-cursos.cl

Programa SLIDE 5.0. de RocScience www.rocscience.com

Analisi Estabilidad Taludes Con Slide

Documents

Transcript of Analisi Estabilidad Taludes Con Slide