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 TALUDFALLA DE PIE DE TALUD

TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS (c=0, 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 AUPEPanamericana Norte km 145 - 149 de Chiclayo.

MODELO DE TALUD INFINITO

FS = tan/tan

T

N

T = WsenN = WcosS

S = Ntan = Wcos tanFS = S/T

PANAMERICANA SURCERRO DE ARENA KM 715 KM 774

(entre Atico y Ocoa)

rFS

++

+

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 Filtracin

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 Plsticos

Friccin

Cohesion

FriccinCohesin

Zona Intermedia

Critica

TALUDES DE SUELOS GRANULARES CON FINOS (c>0, 30)

INFLUENCIA DE LA COHESION

Taludes pueden

sostenerse con

pendientes mayores a

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 Disminucin de Cohesin 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

cMtodo de Equilibrio de Momentos

su

R

bc

c.g. +

W dk

grieta

d

FS = R2.c.su/(Wd+Pwdw+Pkdk)

dw

Pw

++ 0

b

Pk

i (+)

Ni

Wi

Ti

FS = Si/TiSi = suli = culi + i.li.tanui.li = Ni = Wi.cosiTi = Wi.seniWi = biihi

Sui

hi

Mtodo de Fellenius o de las Dovelas

bi

hwWi

Ti Ni

FS = Si/TiSi = s.li = c.li + i.li.tani.li = Ni - Ui = Wi.cosi -ui.liui = w.hwWi = biihiTi = Wi.seni

ui

lnea piezomtrica

Si

Mtodo de Fellenius o de las Dovelas-Suelos Granulares

bi

hi

Wi

Sui

Ti

Ni

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

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

ANALISIS DE ESTABILIDADANALISIS DE ESTABILIDAD

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

centros ficticios.

Mtodo de Janbu.- Considera superficies no necesariamente circulares. Supone que la interaccin entre rebanadas es nula. Se define una lnea de empuje entre las rebanadas. Considera el equilibrio de fuerzas y momentos.

Mtodo de Spencer:

Es un mtodo riguroso.

Supone que de la interaccin entre rebanadas aparece una componente de empuje con ngulo de inclinacin constante.

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

La convergencia hacia un mismo valor determina el FS correspondiente.

Es aplicable tanto a roturas circulares como generales.

Mtodo de Morgenstern y Price: Considera el equilibrio de momentos como de fuerzas. La diferencia fundamental estriba en que la interaccin

entre rebanadas viene dada por una funcin. Presenta problemas de convergencia.

Mtodo de Sarma:

Se busca la aceleracin horizontal necesaria para que la masa de suelo alcance el equilibrio lmite.

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

Por sus caractersticas es aplicable a rebanadas no verticales.

Cual debe utilizarse?.

La respuesta depende de muchas variables, especialmente de la geometra de la lnea de falla asumida, de los parmetros de resistencia considerado y la forma de actuacin del agua.

Falla Circular

Falla Tipo Cua

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 aproximacin que se obtiene utilizando Bishop, Janbu y Spencer.

INFLUENCIA DEL SISMO

- La fuerza ssmica interviene mediante la componente horizontal:

PPkk = c.W= c.Wdonde:

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

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

Tabla 1: Coeficientes Ssmico en Anlisis de Estabilidad

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

5.0 Mtodo de Bishop Simplificado, 1954 - El mtodo de dovelas no es muy preciso para suelos friccionantes. - El mtodo considera el equilibrio de fuerzas verticales. - Adicionalmente, a la condicin de equilibrio de momento global. - Las fuerzas normales, Ni es determinado con mayor precisin. - La resistencia de los suelos friccionantes (>0) depende de los esfuerzos confinantes.(fuerzas normales, Ni). - El Mtodo de Bishop proporciona resultados tan precisos como los mtodos denominado rigurosos. - El Mtodo de Bishop es un mtodo iterativo. Es necesario iniciar el clculo mediante la consideracin de un valor inicial del FS (generalmente se asume un FS=1).

El Mtodo de Bishop utiliza la siguiente expresin: FS = 1/Wiseni . [cibi+(Wi-uibi) tani]/mi mi = cosi [1+(tani tani /FS)] - Si se considera las fuerzas de sismo, se tendr la expresin, para superficie de falla circular:

FS=1/[Wiseni+KWicosi-(K/2R)Wihi] . [cibi+(Wi-uibi)tani]/mi donde: K : coeficiente ssmico hi : altura media de la dovela R : radio de curvatura de la superficie de falla

ESTUDIO DEFINITIVO DE ESTABILIZACIN DE TALUDES Y DESLIZAMIENTOS

CARRETERA PANAMERICANA SURSECTOR CERRO DE ARENA KM 715 KM 774

(entre Atico y Ocoa)

EXPLORACIONES DE CAMPO

05 lneas de refraccin ssmica - 3415 km. 04 ensayos de penetracin estndar 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 ubicacin y cantidad de ensayos.

ENSAYOS DE LABORATORIO

Anlisis Granulomtrico.

Ensayos de Corte Directo en muestras de anillo.

Humedad que varan 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, ubicacin los resultados en la Tabla.

CARACTERISTICAS FISICAS Y MECANICAS

Suelo : Arena cementada, fina, limpia a limosa

SUCS : SP, SP-SM y SM

d : 1,55 gr/cm3 Cohesin : 0.1-0.25 kg /cm2

: 33

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

ESTABILIZACION

- Tendido de Talud: Corte, Banquetas.

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

- Obras de Contencin 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 A 1/5 DE ALTURA DE TALUD

MASA INESTABLE

ESTABILIDAD INTERNA

Muro Reforzado de Gaviones Muro Reforzado de Gaviones -- AntaminaAntamina

Muro de Concreto (proteccin)

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

E

J

E

D

E

V

I

A

COTA DE EJE=

Linea blanca

020731+Progresiva

MURO DE GRAVEDAD DE GEOCELDAS ALTURA=2m

Estabilidad Externa

MOVIMIENTO HORIZONTAL

RESBALAMIENTO VOLCAMIENTO

ROTACIN

MOMENTO

ROTACIN

CAPACIDAD DE SOPORTE

INCLINACIN

SEDIMENTACIN

Estabilidad Externa

VOLCAMIENTO

ROTACIN

MOMENTO

MOVIMIENTO HORIZONTAL

RESBALAMIENTO INTERNO

MOVIMIENTOENTRECAPAS

Estabilidad Interna

Limpieza del material del pie del talud

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

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

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

Colocacin de las geoceldas

Humedecimiento del talud para su contencin momentnea durante el perodo de trabajo.

Perfil final del muro de confinamiento

COMPORTAMIENTO SISMICODE OBRAS DE CONTENCION

EN TALUDES DE ARENA

SISMO DE OCOA 21.06.01

Sismo de Ocoa21.06.01

Sismo de Ocoa21.06.01

Sismo de Ocoa21.06.01

Sismo de Ocoa21.06.01

Sismo de Ocoa21.06.01

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

max

n (n)ALTO CONFINAMIENTOBAJO CONFINAMIENTO

RESPUESTA RAPIDA

RESPUESTA LENTA

CONTRADICE TEORIA DE ENVOLVENTE CURVO

MAYOR CONFINAMIENTO NO ERA MENOR ANGULO DE FRICCION?

45

40

42

36