FLUJO VOLCAMIENTO DEPRESIÓN DESLIZAMIENTO ARRASTRE CAÍDA

Transcripción

1 Existen INTRODUCCIÓN ESTABILIDAD DE CORTES TALUDES INFINITOS TALUDES FINITOS ESTABILIDAD DE TERRAPLENES CASOS DE 1

2 Avisan Se hacen sentir 2

3 A veces algunas situaciones son difíciles de manejar Simplificando. 3

4 Clasificación Inglesa Simplificando FLUJO VOLCAMIENTO DEPRESIÓN DESLIZAMIENTO ARRASTRE CAÍDA 4

5 Simplificando aun más 3D 2D Para efectos de su estudio, los taludes pueden dividirse en naturales (laderas) o artificiales (cortes y terraplenes) 5

6 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 CORTES TIPOS DE MOVIMIENTOS DE MASAS DESLIZAMIENTOS COMPLEJOS DESPRENDIMIENTOS FLUJOS DESLIZAMIENTOS 6

7 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. 7

8 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 Hmax 10 mt Estrato debil 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

9 1.3 TALUD CON BERMA PERMANENTE a a H H 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 de 6 a 10 mt a = 3 a 6 mt 1.4 TALUD CON BERMA TEMPORAL relleno 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. No será mucho? 9

10 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

11 SPF 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. 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 ) 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 TIPO DE FALLA Mayor de 45º Circulo de pie o talud 30º - 45º menor de 5º Circulo profundo mayor de 5º Circulo de pie 15º - 30º menor de 10º Circulo profundo mayor de 10º Circulo de pie 11

12 INCLINACIÓN DEL TALUD SEGÚN TIPO DE ROCA TIPO DE ROCA Inclinación Talud (tgβ) I IGNEAS Granito, basalto, lava 2 a 5 II SEDIMENTARIAS Arenisca masiva y caliza 2 a 4 Ineterestratificada 1.3 a 2 Arcillolita y limonita 1 a 1.3 H V III METAMORFICAS Gneis, esquistos y marmol 2 a 4 Pizarra 1.3 a 2 Tg(β) = V/H β 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

13 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. 13

14 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. Si el suelo esta seco y no tiene cohesión 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 T = W sen i ; N = W cos i N tan φ W cos i tan φ FS = = W sen i W sen i tan φ FS = imáx = φ tan i ; W = γ d a d i Equilibrio de fuerzas a 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

15 Si el suelo esta seco y no tiene cohesion ( c = 0; µ 0; φ 0 ) 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 T = W ' sen i ' ; cos i N tan φ W cos i tan φ FS = = ' ' W sen i W sen i tan φ FS = imáx = φ tan i ' N = W ' ' ' ; W = γ a d ' Talud sumergido a i d W a.d.γ w T N 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 σi=σiii τi= τiii β σi τi b x σii S.T τiii σiii τii z x= b/cosβ T =W sen(β) =b z γ sat sen(β) T = T /(b /cos(β))= T cos(β)/b para que quede en kn/m 2 N` = W cos(β) U = b z γ sat cosβ - u b cosβ F.S = Fzas. resistet = τ = Fzas. solicit (T cosβ) / b F.S = c + σn tgφ = c + (N cosβ/b) tgφ (T cosβ ) / b (T cosβ ) / b b β w T N U β β β β w F.S = c + [ (b z γ sat cos β - u b/cos β ) cos β /b ] tg φ = c + (z γ sat cos 2 β-u) tg φ b z γ sat sen β (cos β / b) z γ sat sen β cos β 15

16 SI EXISTE FLUJO DE AGUA PARALELO AL TALUD NT Equipotencial ( =E ) NF SPF β h B h A H PERDIDA DE CARGA DH=L SEN (β) N Gradiente β = L sen (β) /L = cos (β) 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

17 2.- COMPORTAMIENTO EN SUELOS φ, c. En este caso la SPFes el manto de un cilindro y por lo tanto es de tipo circular estando definida por un radio (R) y un centro (O). Ms (+) o Si existe fuerza adicional resistente (muro, pilote u otro) en el pie del Mr (-) talud se toma como Q. γ1; c1;φ1 RI bi WI RD R γ2; c2; φ2 Si existen fuerzas exteriores distintas de la gravedad sobre la θi masa deslizante, el momento de estas fuerzas se incluye en Ms Σ TI Pj Lj NI CENTRO DE ROTACION UI FS = ΣFr = Σ(c li + N tgφ) + Q ΣFs ΣT SUPERFICIE CIRCULAR DE DESLIZAMIENTO ZONA DE PRESION ACTIVA ZONA DE PRESION PASIVA CIRCULO SUECO O DE FELLENIUS (1936) Ni =N -Ui Ni = (Wi +Vi) cos θi - Ui Ui =µi li F.S = ΣFr / ΣFs F.S = c li + Σ (N -U) tg φ Σ T li ~ li SI EXISTE NAPA SOBRE S.P.F (1) θi Ni + Ui=N θi Wi Ti RI V xi Wi Ti N Ui =µi li RD RD θi 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

18 METODO DE BISHOP (versión simplificada) 1956 F.S =Σ M. RESISTET Σ M. DESTRUC α w V w S.P.F x W α b FS R ( N tan φ + cb ) = R (( W + V ) sen α ) Σ Fv : N cosα - (W+V)+Tc senα = 0 2 RESISTENCIA POR FRICCIÓN: Tc = N tgφ 3 F.S Reemplazando 3 en 2 y dividiendo por cos α: W + V 1 N = cos α tan φ tan α 1+ FS 1 cos(α) = x/b b = x/cosα Reemplazando en 1 ( W + V ) sen α Tc=cb+N`tgφ N-U W + V 1 tan φ + c x cos α tan φ tan α 1 + FS = FS 18

19 1 2 3 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 FSEN GENERAL O VALOR DE FSPARA 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 58 O C = 0,2 Kg/cm 2 φ = 25º γ= 1,8 T/m 3 E = 20 T/m 2 10m FS = cσ li +ΣN tgφ ΣWsenθ Wcosθ A) FS = ( 2 17,6) + (47,98 0,47) = 1, B) FS = (2 (17,6-1,9-2,3))+ ((47,98-2,12-6,15) 0,47)+20) = 1,96 35,45- ( ) 40 DOVELA αi Dli Wi Wcos(α) Wsen(α) Se restan aquellos pesos que ya no existen por el muro y se suma muro 19

20 EFECTOS SISMICOS EN LA Momento motriz sísmico (Mms)=c Widi Fi=CiWi d2 d1 o w5 w4 w3 R w2 w1 METODOSIMPLIFICADO Donde : 0.06 C 0.12 ; Situación anterior grandes sismos F1 = cw1 F2 =cw2 F3 =cw3 F4 = cw4 C : Coeficiente sísmico W : Peso de cada estrato d : Distancia vertical entre 0 y punto medio de cada estrato Mms =F1d1+F2d2+F3d3+F4d4 F.S = Mres Mvolc+c Widi 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

21 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) 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

22 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

23 1. Múltiples tipos de suelos 2. Sumergido parcialmente AGUA SUPERFICIE DE FALLA 3. Sumergido totalmente 4. Estratos de suelos discontinuos y de altura variable ESTRATO DISCONTINUO Dry or water-filled tension cracks SUPERFICIE DE FALLA 5. Capas de suelo impenetrable Geometría de falla especificada SUPERFI CIE DE FALLA SUPERFICIE DE FALLA CAPA IMPENETRABLE Carga al pie del talud Sobrecarga uniformemente repartida SOBRECARGA BERMA DE PIE 23

24 Carga de geogrillas Carga por pilotaje GEO-GRILLA Cargas de anclaje Cargas puntuales Pressure Boundary Elevation (m) Elevation (m) Slice 17 Anchor Anchor Soil 1 Soil Soil Distance (m) Distance (m) Elevation (m) Water Soil Distance (m) Elevation (feet) Footing Load Foundation Material Distance (feet) 24