ESTABILIDAD DE TALUDES

Transcripción

1 Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Facultad de Ingeniería Civil Centro de Educación Continua ESTABILIDAD DE TALUDES ASPECTOS GENERALES Prof.: Jorge Cardenas Guillen, PhD Contacto: Julio, 2016

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3 TÓPICOS Mecánica de Suelos Concepto Ingeniería Geotécnica Aspectos de Interés Deslizamientos Causas y Ejemplos Análisis de Estabilidad Factor de Seguridad Herramientas computacionales. 3

4 MECÁNICA DE SUELOS De acuerdo a Terzaghi... La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la Mecánica y la Hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no contenido de materia orgánica Karl Terzaghi,

5 INGENIERÍA GEOTECNIA Aspectos de interés Compresibilidad Resistencia al corte Aplicación: Asentamientos Aplicación: Estabilidad de Taludes Capacidad portante 5

6 DESLIZAMIENTOS Causas Artificial Natural Excavaciones Deforestación Sobrecarga Intemperismo Erosión Infiltraciones Fuerzas Sísmicas 6

7 DESLIZAMIENTOS Casos Históricos Salvador (Brasil) 7

8 DESLIZAMIENTOS Casos Históricos Sismo de El Salvador (2001) 8

9 DESLIZAMIENTOS Ejemplos Históricos Deslizamiento en el Río Mantaro, Perú,

10 Conceptualización del Problema Etapas Estudios multidisciplinarios (parámetros de análisis) Definición del modelo de análisis (secciones criticas) Alternativas de soluciones (económicas, practicas y posibles). 10

11 Métodos de Análisis Cálculo Método de Equilibrio Limite Métodos Numéricos Determinación del Factor de Seguridad 11

12 Métodos de Análisis Equilibrio Limite Basado en que la resistencia al corte del suelo se moviliza a lo largo de la superficie de ruptura. El factor de seguridad es obtenido entre el cociente de las fuerzas resistentes y actuantes. 12

13 Métodos de Análisis Tensión & Deformación Basado en la solución de las ecuaciones gobernantes del sistema. Aplicación de técnicas numéricas avanzadas (Elementos finitos, Diferencias finitas, etc.). El factor de seguridad es obtenido a través de la técnica de reducción de parámetros. 13

14 Método de Equilibrio Limite Tipos de solución Solución Exacta Solución aproximada Utilizados en superficies de falla pre-definidas. Se asume una superficie potencial de falla. 14

15 Método de Equilibrio Limite Solución Exacta Superficie de fallas definidas (rocas) Planar Cuña Solución Aproximada Superficie de fallas no-definidas (suelos) 15

16 Método de Equilibrio Limite Factores que intervienen en la definición del Modelo Matemático Geometría de análisis Superficie potencial de falla Características del material Elementos de refuerzo Solicitaciones externas Modelo Matemático Factor de seguridad. Solución 16

17 Definición del Modelo Matemático Geometría de Análisis Bidimensional - 2D Estado Deformación plana 17

18 Definición del Modelo Matemático Superficie Potencial de Falla Hipótesis: El suelo se desliza como un bloque rígido Superficie potencial de falla 18

19 Definición del Modelo Matemático Características del material Definición de grietas, nivel freáticos, propiedades del material (modelo Mohr-Coulomb). 19

20 Definición del Modelo Matemático Elementos de Refuerzo Uso de anclajes. 20

21 Definición del Modelo Matemático Para tomar en consideración No todos los factores se pueden cuantificar en un modelo matemático. A pesar de estas limitaciones, determinar el factor de seguridad, asumiendo superficies potenciales de falla, permite tener en cuenta una herramienta muy útil para la toma de decisiones. 21

22 Factor de Seguridad Definición El Factor de Seguridad (FS) es definido como la razón entre a resistencia al corte disponible del suelo y las tensiones actuantes a lo largo de la superficie potencial de falla. Tensiones actuantes Resistencia al corte 22

23 Factor de Seguridad Comentarios: De acuerdo a la condición de carga actuante, el factor de seguridad es: - estático - pseudo-estático. El factor de seguridad no proporciona información sobre la deformación del talud que precede al deslizamiento final. 23

24 Condición de Estabilidad Del punto de vista conceptual (físico), la condición de estabilidad en taludes esta dada por las siguientes condiciones: FS FS FS Condición Estable Condición Limite Condición Inestable 24

25 Condición de Estabilidad Como el problema admite errores (por ejemplo: cuantificación del valor de la resistencia del material y de los esfuerzos actuantes, entre otros), se debe trabajar a favor de la seguridad. La fracción del Factor de Seguridad que sobrepasa la unidad es un artificio para sustituir las incertidumbre y fenómenos que no puedan ser llevados en cuenta en el análisis. Esta fracción depende de las normas de diseño de cada país. 25

26 Condición de Estabilidad Por ejemplo, para el diseño de taludes de presas de relave en el Perú, la Guía de Diseño de Presas de Relaves, considera: - FS > 1.3 Estabilidad estática - FS > 1.0 Estabilidad pseudo-estática Norma E020 Estabilización de Suelo y Taludes (para edificaciones), considera: - FS > 1.5 Estabilidad estática - FS > 1.25 Estabilidad pseudo-estática 26

27 Herramientas computacionales Programas Sigma/W - Geostudio FLAC Itasca Plaxis 2D Plaxis B.V. Otros. Elementos Finitos y Diferencias Finitas Slide Rocscience Slope/W Geostudio Otros. Equilibrio Limite 27

28 Herramientas computacionales Slide Rocscience (Equilibrio Limite) Modelo numérico del macizo y superficie de ruptura 28

29 Herramientas computacionales FLAC Itasca (Técnica de Diferencias Finitas) Discretización del macizo y superficie de ruptura 29

30 Herramientas computacionales Plaxis (Técnica de Elementos Finitos) Malla de elementos finitos Superficie potencial de Falla ( Estabilidad de Taludes 30

31 Herramientas computacionales Sigma/W - Geostudio2007 (Técnica de Elementos Finitos) Discretización del macizo y superficie de ruptura 31

32 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Duncan, J.M.; Wright S.G., Soil Strength and Slope Stability. John Wiley and Sons. Inc. Hoboken. New Jersey, 297p. 32

33 CEC-UNI / Curso: Estabilidad de Taludes