Estudio de Taludes Centro Cultural Ilabaya

ESTUDIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES

PROYECTO :

CONSTRUCCION DEL CENTRO CULTURAL ILABAYA

SOLICITADO :

MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE ILABAYA

UBICACIÓN :

DISTRITO DE ILABAYA – PROV. JORGE BASADRE - TACNA

TACNA – PERU

Marzo, 2010

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Estudio De Estabilidad De Taludes

1. Introducción

El estudio de estabilidad de taludes, resulta ser una técnica muy sencilla,

debido a que utiliza modelos muy básicos en el cálculo e interpretación de los

parámetros intervinientes. A continuación describiremos textual y analíticamente el

significado de cada uno de los parámetros que intervienen en el control de

estabilidad de taludes y también el modo en el cual deben ser interpretados los

resultados de dichos estudios, gráfica y analíticamente.

2. Objetivo

El objetivo es determinar la estabilidad del talud, en el suelo donde se

construirá el proyecto Construcción del Centro Cultural Ilabaya.

Pronosticar las fechas probables en las cuales puede colapsar un bloque

de material representado por uno o varios puntos de monitoreo.

3. Factores Que Influyen En La Inestabilidad De Los Taludes

Existen diferentes factores que influyen en la inestabilidad de los taludes,

estos son los responsables de los numerosos accidentes y/o retrasos en la obra,

es de vital importancia reconocer cada uno de ellos y clasificarlos de acuerdo al

grado con el cual influyen en la inestabilidad. Dichos factores son:

a) Las grietas que se encuentran en todo el área de operación.

b) La dureza del material constituyente del suelo.

c) Los agentes meteóricos, principalmente las lluvias.

d) Los ángulos de talud del suelo, debido a que si estos son muy

pronunciados se tendrá mayor inestabilidad.

e) Las corrientes naturales de agua, que se encuentran alrededor de toda la

superficie así como las corrientes subterráneas.

f) Los movimientos tectónicos, en zonas de actividad frecuente.

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4. Procedimiento De Análisis

4.1. Equilibrio Limite

Este tipo de análisis requiere información sobre la resistencia del

material. El sistema de equilibrio límite supone que en el caso de una falla,

las fuerzas actuantes y resistentes son iguales a lo largo de la superficie de

falla equivalentes a un factor de seguridad de 1.0. El análisis se puede

realizar estudiando directamente la totalidad de la longitud de la superficie

de falla o dividiendo lo masa deslizada en dovelas.

Fellenius (1927) presento el factor de seguridad como la relación

entre la resistencia al corte real, calculada del material en el talud y Los

esfuerzos de corte críticos que tratan de producir la falla, a lo largo de una

superficie posible de falla:

F.S.=

Resistencia a corte Esfuerzo al cortante

En superficies circulares donde existe un centro de giro y momentos

resistentes y actuantes:

F.S. =

Momento resistente Momento actuante

La mayoría de los sistemas de análisis asumen un criterio de

"equilibrio limite" donde el criterio de falla de Mohr - Coulomb es satisfecho

a lo largo de una determinada superficie.

4.2. Análisis Limite

Las formulaciones de este método se apoyan en la teoría de la

plasticidad. El método de elementos finitos resuelve muchas de las

deficiencias de los métodos de equilibrio límite, este método fue introducido

por Clough y Woodward (1967), que consiste en dividir la masa de suelo en

unidades discretas que se llaman elementos finitos, estos elementos se

interconectan en sus nodos y en bordes predefinidos. El método

típicamente utilizado es la formulación de desplazamientos, el cual

presenta los resultados en forma de esfuerzos y desplazamientos a los

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puntos nodales. La condición de falla obtenida es la de un fenómeno

progresivo en donde no todos los elementos fallan simultáneamente.

5. Método De Análisis

5.1. Análisis De Equilibrio Límite Para Una Falla Circular

La falla de tipo circular es el más común en taludes de suelo y

actualmente muchos de esos métodos son utilizados en el análisis de

taludes de roca a gran escala. Se requiere asumir una superficie de falla;

además dividir la masa de suelo por encima de la superficie de falla en "n"

dovelas como se muestra en el gráfico Nro.1. Cada dovela es afectado por

un sistema general de fuerzas corno se muestra en la figura.

En donde:

W = El peso de cada dovela.

H = Altura del talud.

r = Radio de la superficie circular o el brazo de momentos.

N = La fuerza normal en la base cada dovela.

α n = Angulo entre la línea del centro de rotación y que paso a

través del centro de la base de cada dovela y una línea vertical.

T = La fuerza de corte movilizadora en la base de cada dovela.

E = La fuerza normal actuante entre las caras laterales.

X = La fuerza de corte actuante entre las caras laterales.

Δ /¿ ¿ = Longitud de la base de cada dovela.

S = Resistencia disponible

ξ= Esfuerzo al corte

La fuerza (T), mide la resistencia movilizada, o sea:

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Un balance de las fuerzas actuantes y resistentes, permiten

establecer el número de incógnitas y ecuaciones disponibles en el caso de

haber "n" dovelas .

5.2. Deducción De La Formula Del Coeficiente De Seguridad

De la figura 5.3 (a) y (b), el momento de las fuerzas actuantes

esta dado por.

El momento de las fuerzas resistentes es:

Ambos tomadas en relación al centro del circulo de falla (las

fuerzas E y X se anulan, por acción y reacción. Igualando los

momentos (actuante y resistente), tenemos:

Método De Bishop

Bishop (1955) presento un método utilizando Dovelas y

teniendo en cuenta el efecto de las fuerzas entre las Dovelas. La

solución rigurosa de Bishop es muy compleja y por esta razón se utiliza

una versión simplificada de su método, de acuerdo a la expresión:

Donde:

b = Ancho de la Dovela.

W = Peso de cada dovela.

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C', φ

= Parámetros de resistencia del suelo.

u = Presión de poros en la base de cada dovela = Y w x h w.

α = Angulo del radio y la vertical en cada dovela.

Método De Janbu

Janbu (1973) presenta un método de Dovelas para superficies

de falla curvas, no circulares. De acuerdo con Janbu (ecuación

modificada):

Fig. 5.3 El momento de las fuerzas actuantes, en fallas circulares

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6. Análisis De Estabilidad

El análisis de estabilidad se ha realizado utilizando el método de equilibrio límite.

En el análisis se ha considerado la sección principal en la zona de trabajo.

6.1. Método de equilibrio límite

El sistema de equilibrio límite supone que en el caso de una falla, las

fuerzas actuantes y resistentes son iguales a lo largo de la superficie de

falla equivalentes a un factor de seguridad de 1,0. Dividiendo la masa

deslizada en dovelas y para conocer el factor de amenaza que falle el talud.

En el diseño del talud, se considera un factor de seguridad entre 1,0 < FS <

1,2.

Para realizar el análisis se requiere la siguiente información:

La inclinación del talud global en análisis: 88°

Altura del talud global: 5 m.

La resistencia del suelo y el peso específico; se dan en la Cuadro

siguiente:

Tipo de suelo

(º)

C

(KPa)

(KN/m3)

Grava limo arcillosa

semi- compacta

32 14.71 20.53

La presión del agua obtenida de las características de las aguas

subterráneas, para el presente análisis que no existe nivel freático

presente.

En el análisis sísmico el método empleado es el seudoestático, el cual

las cargas del sismo son simuladas como cargas estáticas horizontales

y verticales. Estas fuerzas sísmicas se asumen que son proporcionales

al peso de la masa de deslizamiento potencial y de los coeficientes

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sísmicos Kh y Kv expresada en términos de veces la aceleración g,

producida por el sismo. Para el presente estudio se tiene una

aceleración de 0.39g para un periodo de retomo de 50 años y por

consiguiente un coeficiente sísmico Kh de 0.20.

Los tres métodos utilizados para el presente estudio son: Bishop, Janbu y Fellenius.

Los cuales fueron aplicados utilizando el software SLOPE/W (versión 6.22) de GEO-

SLOPE INTERNACIONAL para el análisis de estabilidad:

Método Bishop simplificado, el cual utiliza el método de las dovelas. Este

método satisface el equilibrio de fuerzas verticales para cada dovela y el equilibrio

de momentos en forma global. Este método asume que todas las fuerzas de corte

entre las dovelas es cero. Realizando el análisis con Slope/W se obtuvo un factor

de seguridad (F.S.) de 1.052 (Ver gráfico Nro.2).

Método Janbú simplificado, donde no hay fuerzas de corte entre dovelas. No

satisface completamente las condiciones de equilibrio de momentos. Sin embargo

Janbú utiliza un factor de corrección ƒo para tener en cuenta este posible error.

Realizando el análisis con Slope/W se obtuvo un factor de seguridad (F.S.) de

1.248 (Ver gráfico Nro.3).

Método de Ordinario o Fellenius, este método ignora las fuerzas entre dovelas a

fin de convertir el problema en estáticamente determinado, considera el peso y las

presiones intersticiales, satisface el equilibrio de fuerzas. Realizando el análisis

con Slope/W se obtuvo un factor de seguridad (F.S.) de 1.172 (Ver gráfico

Nro.4).

7. Análisis de Estabilidad

En base al análisis de estabilidad del talud, realizado con ayuda del Slope/W 6.22

por los tres métodos más eficientes de equilibrio límite, de la sección tomada para

este estudio, se ha obtenido diferentes resultados con un F.S. > 1 que relacionan

los diversos parámetros que influyen en la estabilidad del talud, por lo que se

concluye que es un suelo con talud estable.

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8. CONCLUSIONES

1. El suelo está conformado por un material aluvial conglomerádico, en estado semi

compacto, con clastos sub angulosos de hasta 3 pulgadas, con intercalaciones de arcillas,

limos y arenas como matriz, de color café oscuro.

2. Para el cálculo de la estabilidad del Talud en estudio se realizó con el Software SLOPE/W

versión 6.22 , aplicando tres métodos:

- Método Bishop simplificado, en el cual se obtuvo un factor de seguridad

(F.S.) de 1.052, lo cual indica que es talud estable por ser el F.S. mayor a 1.0

- Método Janbú simplificado, en el cual se obtuvo un factor de seguridad


- Método Ordinario o Fellenius, en el cual se obtuvo un factor de seguridad


3. Para los métodos empleados en el cálculo, se analizó un total de 30 dovelas.

4. No se halló el nivel freático hasta la profundidad explorada, pero el material de suelo en

estudio tiene un contenido de humedad de 6.0% .

5. Se concluye que el talud en estudio es ESTABLE.

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Gráfico Nro.1. Sección del suelo en estudio donde se observan las superficies potenciales de rotura y las 36 intersecciones del radio de curvatura en la malla superior de color verde. Y los

parámetros físicos del suelo en análisis.

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Gráfico Nro.2. Sección del suelo en estudio donde se observan el análisis de estabilidad por el método Bishop con el software SLOPE/W donde se obtuvo un F.S. = 1.052 . Y los parámetros

físicos del suelo en análisis.

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Gráfico Nro.3. Sección del suelo en estudio donde se observan el análisis de estabilidad por el método Ordinario o Fellenius con el software SLOPE/W donde se obtuvo un F.S. = 1.172 . Y los

parámetros físicos del suelo en análisis.

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Gráfico Nro.4. Sección del suelo en estudio donde se observan el análisis de estabilidad por el método Janbu con el software SLOPE/W donde se obtuvo un F.S. = 1.248. Y los parámetros físicos

del suelo en análisis.

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RESULTADOS DE LAS DOVELAS ANALIZADAS

Slice 1 - Bishop MethodSlice 1 - Bishop Method

1.0897

2.5863

18.31417.649

Factor of Safety 1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 14.15Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 0.67911Base Length 0.962Base Angle 85.34Polygon Closure Error 0.82413Anisotropic Strength Modifier 1Weight 1.0897Base Shear Force 2.5863Base Normal Force 18.314Right Side Normal Force 17.649

14


1.8812

2.8418

4.6401

17.649

22.003

Factor of Safety 1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 5.8887Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 1.1724Base Length 0.40035Base Angle 78.741Polygon Closure Error 0.74242Anisotropic Strength Modifier 1Weight 1.8812Base Shear Force 2.8418Base Normal Force 4.6401Left Side Normal Force 17.649Right Side Normal Force 22.003

15


2.4206

3.0558

2.1113

22.003

24.072


16


2.8544

3.2181

0.71963

24.072

24.977

Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 3.8356Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 1.7788Base Length 0.26077Base Angle 72.558Polygon Closure Error 0.70798Anisotropic Strength Modifier 1Weight 2.8544Base Shear Force 3.2181Base Normal Force 0.71963Left Side Normal Force 24.072Right Side Normal Force 24.977

17


3.2256

3.3509

0.21601

24.977

25.167


18


3.5539

3.4645

0.91109

25.167

24.876


19


3.8503

3.5645

1.4597

24.876

24.247


20


4.1216

3.6544

1.9109

24.247

23.373


21


4.3725

3.7364

2.293

23.373

22.321


22


4.6063

3.8122

2.624

22.321

21.139


23


5.0323

3.94933.1765

19.866

18.531


24


5.5898

4.12913.8259

15.762

14.365


25


6.221

4.33744.4942

10.28

8.9872


26


6.6304

4.4782

4.9049

6.5537

5.4256


27


6.9957

4.61

5.2645

3.3741

2.46


28


7.3236

4.7353

5.5875

0.87539

0.21198


29


7.4254

4.776

5.6887

0.21198 0.36121


30


4.5252

3.4715

3.0419

0.36121

Factor of Safety 1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 1.7521Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.094613Mid-Height 2.3297Base Length 0.11911Base Angle 37.41Polygon Closure Error 0.56565Anisotropic Strength Modifier 1Weight 4.5252Base Shear Force 3.4715Base Normal Force 3.0419Left Side Normal Force 0.36121

All SoilsSoil 1suelo gravoso limo-arcilloso semi compactoSoil Model Mohr-CoulombUnit Weight 20.53Cohesion 14.709Phi 32Piezometric Line # 0Pore-Air Pressure 0

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ANEXO 2

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

DE LABORATORIO

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