Clase De Estabilidad De Taludes 6e6i4u

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS «UAP» INGENIERIA CIVIL GEOLOGIA

ESTABILIDAD DE TALUDES

DOCENTE: ING. ALMONACID PAYTAN DANIEL D.

PROBLEMAS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

PROBLEMAS DE MECANICA DE SUELOS

CIMENTACIONES

ESTABILIDAD

• ESTADO TENSIONAL MUY LEJOS DEL ESTADO DE PLASTIFICACION O FALLA • F.S. MAYOR DE 3.0 • DEFORMACION < 1% • ENSAYOS DE ESFUERZO-DEFORMACION • COMPORTAMIENTO ELASTICO (E y ) • CALCULO DE ASENTAMIENTOS

• ESTADO TENSIONAL PROXIMO O EN EL ESTADO DE PLASTIFICACION O FALLA • F.S. PROXIMO O IGUAL A 1.0 • DEFORMACION >> 5% • ESTADO PLASTICO • ENSAYOS DE RESISTENCIA CORTANTE • MODELOS DE FALLA (c y ) • CALCULO DE FACTOR DE SEGURIDAD A. ORDOÑEZ, 2000

GEOMETRIA DE SUPERFICIES DE FALLA

TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS (c´=0, ´30)

Sin Sismo

FS

A B C

Con Sismo +

1.4

+

1.2

r

1.0

+

0.8

Estable

Inestable

A

B C

Fallamiento de Taludes de Suelos Granulares Limpios

r

CUESTA DE ÑAUPE Panamericana Norte km 145 - 149 de Chiclayo.

PANAMERICANA SUR CERRO DE ARENA KM 715 – KM 774 (entre Atico y Ocoña)

TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS CON FILTRACION Sin Filtraciones A B C

FS 1.4

+

1.2 1.0

+

Estable

+

0.8 r

Con Filtraciones

Inestable A B

C

r

Taludes de Suelos Granulares Limpios sujeto a Filtración

TALUDES DE SUELOS GRANULARES CON FINOS (c´>0, ´30) FS

A B C 1.4

Cohesion

1.2

+ Fricción

Fricción

Cohesión

1.0

Zona Intermedia Critica +

+

Estable Inestable

0.8

r

r A

B

C

Taludes Granulares con Finos Plásticos

DESLIZAMIENTO ROTACIONAL

SUELOS GRANULAR CON FINOS CON PERDIDA DE COHESION Humedecimiento Superficial por las LLuvias

A B C

FS

Sin LLuvia

1.4 Con LLuvia

1.2

+

1.0 r

0.8

+

Estable Inestable

+ A

B

C

Suelos Granulares con Finos y Disminución de Cohesión por Lluvias

r

TERRAPLENES GRANULARES SOBRE ARCILLAS BLANDAS

Terraplén Granular

Arcilla Saturada de Baja Resistencia

Mecanismo de Falla Típico Observado en la Carretera Pedro Ruiz-Río Nieva y Rioja-Tarapoto

COMPORTAMIENTO NO DRENADO: MODELO 1 El agua actúa en una arcilla blanda mediante un comportamiento “no drenado” que puede ser modelado utilizando: a) modelo riguroso y b) modelo empírico. El modelo riguroso y preciso, obedece el principio de los esfuerzos efectivos de Terzaghi, esto es: donde:

su = c´ + tan´(-u)

su : resistencia no drenada c´ : cohesión efectiva (0 en arcillas blandas normalmente consolidada) ´ : ángulo de fricción efectiva (entre 15 y 25) u : presión de poros medido en el campo : esfuerzo normal o confinante

Línea Piezométrica y Nivel Freático. Piezómetro (esquema)

L.P.

Terraplén Granular N.F.

Arcilla Saturada de Baja Resistencia

Superficie Crítica de Falla - Modelamiento Incorrecto

Cuando se asume de manera incorrecta

u =  wz

COMPORTAMIENTO NO DRENADO: MODELO 2 El modelo empírico es conservador. No respeta el principio de esfuerzos efectivos de Terzaghi, esto es: donde:

su = cu + tanu

su : resistencia no drenada cu : cohesión no drenada  u : ángulo de fricción no drenada (entre 0 y 15) : esfuerzo normal o confinante

Los parámetros de resistencia: cu y  u resultan de ensayos triaxiales no drenados, del tipo no consolidado–no drenado, UU.

Ensayo Triaxial UU (no consolidado- no drenado)

METODOLOGIAS PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

Método de Equilibrio de Momentos

FS = R2.c.su/(Wd+Pwdw+Pkdk)

d +0 dw

 bc

grieta

W

Pw

b

c.g. +

dk R

Pk

su

c

Método de Fellenius o de las Dovelas

FS = Si/Ti

Si = suli = culi +  i.li.tan u  i.li = Ni = Wi.cos i Ti = Wi.sen i

bi

Wi = bi ihi Wi hi Ni

Ti

Sui

i (+)

Método de Fellenius o de las Dovelas-Suelos Granulares

FS = Si/Ti

Si = s.li = c’.li + ’i.li.tan’ ’i.li = Ni - Ui = Wi.cosi -ui.li ui = w.hw Wi = biihi Ti = Wi.seni

hw

Wi

Ti

Ni línea piezométrica

ui

Si

ANALISIS DE ESTABILIDAD

os métodos utilizados actualmente dividen la masa inestable en dovelas o ebanadas verticales deslizantes.

l Factor de Seguridad FS es la relación entre las fuerzas resistentes y las fuerzas ctuantes en el plano potencial de falla definido de manera previa. bi Wi Ni

hi Ti Sui

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.

En la Figura se expone un caso real de trazado de una carretera a media ladera en un macizo de suelo homogéneo 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: Pk = c.W donde: c : coeficiente sísmico W : 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” (>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/Wiseni . [c’ibi+(Wi-uibi) tan’i]/mi mi = cosi [1+(tani tan’i /FS)] - Si se considera las fuerzas de sismo, se tendrá la expresión, para superficie de falla circular: FS=1/[Wiseni+KWicosi-(K/2R)Wihi] . [c’ibi+(Wi-uibi)tan’i]/mi donde: K : coeficiente sísmico hi : altura media de la dovela R : radio de curvatura de la superficie de falla

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TERRAPLENES Y PRESAS DE TIERRA FINAL DE CONSTRUCCION

- Se asume que el suelo o material fino no ha disipado las presiones de poro acumuladas durante la construcción tanto en el terraplén como en la cimentación. - Se utilizan parámetros de resistencia del ensayo triaxial UU (No consolidado-No drenado). - La resistencia no drenada, su es definida en términos de esfuerzos totales:

su = cu + tanu n

A. Terraplén construido sobre cimentación arcillosa.

Triaxial UU ó medida “in situ” de Su

B. Núcleo arcilloso construido rápidamente.

TX - UU

ESTUDIO DEFINITIVO DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES Y DESLIZAMIENTOS CARRETERA PANAMERICANA SUR SECTOR 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/cm 3. • 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

• d

: 1,55 gr/cm3

• Cohesión : 0.1-0.25 kg /cm2 • ´

: 33º

ANALISIS DE ESTABILIDAD Altura > 20m Talud 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 inestable que 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).

Muro Reforzado de Gaviones - Antamina

Muro de Concreto

COSTO COMPARATIVOS DE TIPOS DE MUROS DE CONTENCION

MURO DE GRAVEDAD POR CONFINAMIENTO CELULAR ALTURA=2m

Estabilidad Integral del talud Estabilidad Interna MOVIMIENTO HORIZONTAL

ROTACIÓN

MOVIMIENTO ENTRE CAPAS MOMENTO RESBALAMIENTO INTERNO

VOLCAMIENTO

Estabilidad Externa MOVIMIENTO HORIZONTAL

ROTACIÓN

ROTACIÓN

INCLINACIÓN

SEDIMENTACIÓN MOMENTO RESBALAMIENTO

VOLCAMIENTO

CAPACIDAD DE SOPORTE

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

Limpieza del material del pie del talud

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

Instalación de la capa de base del cimiento las 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 SISMICO DE OBRAS DE CONTENCION EN TALUDES DE ARENA SISMO DE OCOÑA 21.06.01

Sismo de Ocoña 21.06.01

Sismo de Ocoña 21.06.01

Sismo de Ocoña 21.06.01

Sismo de Ocoña 21.06.01

Sismo de Ocoña 21.06.01

ESTABILIDAD DE TALUDES LA AMPLIACION DEL TERRENO DE LA SUB-ESTACION PUCALLPA

EXPLORACIÓN DE CAMPO Sondajes, Calicatas y Conos Sowers SPT – 1 SPT – 2 SPT – 3 SPT – 4 SPT – 5 SPT – 6 SPT – 7 C–1 C–2 C–3 C–4 C–5 CS – 1 CS – 2 CS – 3 CS – 4 CS – 5 CS – 6 CS – 7 CS - 8 CS – 9 CS - 10

Profundidad (m) 5.3 12.45 8.95 10.05 6.1 8.25 6.1 0.8 2.2 0.5 3 3 3.8 2.9 4.1 3.2 2.9 1.3 2.6 C-1 / 0.90 – 3.80 C-2 / 2.20 – 4.30 C-3 / 0.40 – 4.00

N° de Muestras Alteradas 9 9 5 5 8 4 2 2 3 3 4 2 -

CLASIFICACIÓN SEGÚN SPT Nº

SPT-1

SPT-2

SPT-3

LIM ITES DE ATTERBERG

MUESTRA

SUCS

AASHTO

% FINOS

CONTENIDO DE HUM EDAD %

0.00-0.50

M -1

CL

A -6(4)

51.00

20.09

28.05

11.97

0.50-0.70

M -2

SC

A -4(2)

43.00

22.46

24.82

9.98

0.70-1.45

M -3

CL-M L

A -4(3)

52.00

25.67

23.12

6.81

1.45-2.30

M -4

CL

A -6(9)

64.00

25.59

33.50

14.67

2.30-2.45

M -5

CL

A -6(10)

75.00

24.12

28.65

13.43

2.45-2.55

M -6

ML

A -4(5)

61.00

21.31

23.19

NP

2.55-2.65

M -7

ML

A -4(6)

61.00

21.86

24.46

NP

2.64-4.00

M -8

SM

A -2-4(0)

35.00

15.06

NP

NP

4.00-5.00

M -9

SM

A -1B (0)

21.00

15.63

24.40

NP

0.00-1.00

M -1

SC

A -6(6)

49.00

30.42

36.73

19.94

1.00-2.00

M -2

SC

A -6(4)

45.00

28.15

36.21

16.98

2.00-2.45

M -3

CL

A -6(6)

53.00

30.17

32.18

15.11

3.00-3.45

M -4

CL

A -6(9)

57.00

30.83

37.37

18.08

6.00-6.45

M -5

SC

A -6(4)

47.00

28.30

36.23

15.57

6.45-6.80

M -6

CL

A -6(5)

53.00

31.12

35.77

14.51

6.80-7.00

M -7

SC

A -6(2)

39.00

30.12

37.59

15.70

7.00-7.45

M -8

SC

A -6(4)

42.00

27.72

37.52

19.05

7.45-8.48

M -9

CL

A -6(6)

55.00

31.29

37.67

13.81

0.00-0.90

M -1

CL

A -6(5)

51.00

27.06

37.75

15.10

0.90-1.45

M -2

CL

A -6(7)

54.00

27.64

35.63

16.65

1.45-3.00

M -3

CL

A -6(6)

54.00

30.57

39.77

14.80

3.00-3.50

M -4

SC

A -6(2)

40.00

30.27

31.39

13.54

4.00-4.45

M -5

SC

A -2(0)

28.00

22.67

26.99

9.14

PROFUNDIDAD (m )

LL%

IP %

CLASIFICACIÓN SEGÚN SPT Nº

SPT-4

SPT-5

SPT-6

SPT-7

PROFUNDIDAD (m )

CONTENIDO DE HUMEDAD % % FINOS

LIMITES DE ATTERBERG

LL%

IP %

31.64

38.64

17.15

49.00

34.76

37.18

19.33

A -7(12)

59.00

36.96

41.07

20.88

CL

A -7(9)

55.00

36.59

41.88

16.88

M -5

SC

A -6

47.00

33.25

39.77

15.69

0.00-1.00

M -1

CL

A -6(9)

63.00

34.05

39.60

15.03

1.00-1.55

M -2

SC

A -6(5)

48.00

30.64

38.26

15.44

1.55-2.15

M -3

CL

A -6(9)

62.00

30.76

37.44

16.24

2.15-2.50

M -4

CL

A -6(7)

65.00

25.95

29.63

11.80

2.50-3.35

M -5

CL.

A -4(6)

60.00

20.32

22.20

9.44

3.35-3.60

M -6

CL

A -6(5)

55.00

19.48

22.08

11.66

3.60-3.90

M -7

SC

A -6(1)

38.00

19.86

25.44

11.19

4.00-4.45

M -8

SC

A-2-6(0)

24.00

18.89

29.89

14.20

1.00-1.45

M -1

ML

A -4(5)

59.00

37.25

35.40

NP

3.00-3.45

M -2

CL

A -6(8)

56.00

37.91

36.74

16.47

4.00-4.45

M -3

SC

A -6(3)

40.00

27.20

33.25

16.34

6.00-6.45

M -4

CL

A -6

89.00

31.28

39.24

17.48

0.50-1.00

M -1

SM

A -4(2)

45.00

35.33

33.86

9.98

1.00-1.45

M -2

GC

A-2-6(1)

23.04

30.48

15.18

MUESTRA

SUCS

AASHTO

0.00-2.00

M -1

SC

A -6(5)

47.00

2.00-3.00

M -2

SC

A -6(6)

5.00-5.45

M -3

CL

6.30-7.45

M -4

9.00-9.45

CLASIFICACIÓN SEGÚN PROFUNDIDAD CALICATA (m)

C-1

C-2

C-3

C-4

C-5

MUESTRA SUCS

PESO CONTENIDO ESPECIFICO DE HUMEDAD Gs % AASHTO % FINOS

CBR

PROCTOR MODIFICADO

0.1´´

0.2´´

MAXIMA OPTIMA DENSIDAD HUMEDAD gr/cm³ %

LIMITES DE ATTERBERG

LL%

IP %

0.00-0.30

M-1

SC

A-6(4)

46.00

-

29.1

-

-

-

-

31.71

16.01

0.30-0.80

M-2

SC

A-4(1)

42.00

-

25.54

-

-

-

-

29.61

9.59

0.00-0.80

M-1

CL

A-6(7)

52.00

-

36.30

-

-

-

-

39.94

20.03

0.80-1.20

M-2

SC

A-7

45.00

-

35.76

-

-

-

-

43.33

21.09

1.20-2.20

M-3

SC

A-6(1)

39.00

-

30.13

-

-

-

-

24.75

11.05

0.00-0.10

M-1

SM

A-2-4(0)

18.00

-

29.54

-

-

-

-

NP

NP

0.10-0.30

M-2

SM

A-2-4(0)

16.00

-

25.69

-

-

-

-

NP

NP

0.30-0.50

M-3

SM

A-4(0)

37.00

-

26.87

-

-

-

-

NP

NP

0.00-0.50

M-1

SC

A-6(6)

49.00

-

26.30

18.40

16.54

1.903

13.30

35.45

17.80

0.60-1.40

M-2

SC

A-6(3)

47.00

-

25.13

-

-

-

-

29.25

11.98

1.40-2.20

M-3

SM

A-2-4(0)

34.00

-

19.76

-

-

-

-

NP

NP

2.20-3.00

M-4

GP

A-1A(0)

10.00

-

12.39

-

-

-

-

NP

NP

0.00-1.00

M-1

SC

A-6(3)

40.00

-

22.03

18.06

18.22

1.918

14.21

37.42

17.62

1.00-3.20

M-2

CL

A-6(8)

53.00

-

31.25

-

-

-

-

36.95

20.15

Factores de Seguridad Mínimos para el Análisis de Estabilidad en Presas de Tierra

Al final de la construcción para presas de más de 15 m

Talud Aguas Arriba 1.3 1.4

Talud Aguas Abajo 1.3 1.4

Infiltración Constante

--

1.5

Desembalse Rápido

1.5

--

IV) Sismo

1.0

1.0

V) Post Sismo

1.1 <1.2

Condición

(US Corps of Engineers )

Parámetros de los Materiales del Talud Natural Parámetros Efectivos ZONA

MATERIAL (SUCS)

FRICCION ( º)

COHESIÓN C(T/m2)

PESO UNITARIO  (T/m3)

1

SC

14

0

1.55

2

CL

20

0

1.65

3

SC

20

0

1.7

4

GC-GM

35

0

2.1

El análisis de estabilidad de taludes fue realizado por el método de Bishop.

0.995

ANALISIS ESTATICO

FS = 0.995

SC CL

SC

GC

0.837

ANALISIS PSEUDO ESTATICO Sismo a = 0.1g FS = 0.837

SC

CL

SC

GC

SOLUCION PARA LA ESTABILIZACIÓN DEL TALUD Contención uso de Gaviones tipo Terramesh

SISTEMA TERRAMESH -El Sistema Terramesh está conformado por un muro de

gravedad (tipo gavión) y un refuerzo del suelo adyacente. -Geotextil No Tejido -Mallas de alambre revestidos con PVC -Relleno del paramento del Sistema Terramesh - Material de Relleno Seleccionado