Sesión 2 estabilidad taludes suelos granulares
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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 TALUD”FALLA DE “PIE DE TALUD”
TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS (c´=0, φ´≥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 ÑAUPEPanamericana Norte km 145 - 149 de Chiclayo.
MODELO DE TALUD INFINITO
α
FS = tanφ/tanα
T
N
T = WsenαN = WcosαS
S = Ntanφ = Wcosα tanφ
FS = S/T
PANAMERICANA SURCERRO DE ARENA KM 715 – KM 774
(entre Atico y Ocoña)
r
FS
++
+
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 Filtración
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 Plásticos
Fricción
Cohesion
FricciónCohesión
Zona Intermedia
Critica
TALUDES DE SUELOS GRANULARES CON FINOS (c´>0, φ´≥30°)
INFLUENCIA DE LA COHESION
αΦ
Taludes pueden
sostenerse con
pendientes mayores a φ
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 Disminución de Cohesión 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
c
Método de Equilibrio de Momentos
su
R
θbc
c.g. +
W dk
grieta
d
FS = R2.θc.su/(Wd+Pwdw+Pkdk)
dw
Pw
++ 0
b
Pk
αi (+)
Ni
Wi
Ti
FS = ΣSi/ΣTiSi = suli = culi + σi.li.tanφu
σi.li = Ni = Wi.cosαi
Ti = Wi.senαi
Wi = biγihi
Sui
hi
Método de Fellenius o de las Dovelas
bi
hw
Wi
Ti Ni
FS = ΣSi/ΣTi
Si = s.li = c’.li + σ’i.li.tanφ’σ’i.li = Ni - Ui = Wi.cosαi -ui.liui = γw.hwWi = biγihiTi = Wi.senαi
ui
línea piezométrica
Si
Método de Fellenius o de las Dovelas-Suelos Granulares
bi
hi
Wi
Sui
Ti
Ni
Los métodos utilizados actualmente dividen la masa inestable en dovelas orebanadas verticales deslizantes.
El Factor de Seguridad FS es la relación entre las fuerzas resistentes y las fuerzas actuantes en el plano potencial de falla definido de manera previa.
ANALISIS DE ESTABILIDADANALISIS DE ESTABILIDAD
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.
Falla Circular
Falla Tipo Cuña
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 aproximación que se obtiene utilizando Bishop, Janbu y Spencer.
INFLUENCIA DEL SISMO
- La fuerza sísmica interviene mediante la componente horizontal:
PPkk = c.W= c.Wdonde:
c : coeficiente sísmicoW : 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” (φ>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/ΣWisenαi . Σ[c’ibi+(Wi-uibi) tanφ’i]/mαi mαi = cosαi [1+(tanαi tanφ’i /FS)] - Si se considera las fuerzas de sismo, se tendrá la expresión, para superficie de falla circular:
FS=1/[ΣWisenαi+KΣWicosαi-(K/2R)ΣWihi] . Σ[c’ibi+(Wi-uibi)tanφ’i]/mαi donde: K : coeficiente sísmico hi : altura media de la dovela R : radio de curvatura de la superficie de falla
ESTUDIO DEFINITIVO DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES Y DESLIZAMIENTOS
CARRETERA PANAMERICANA SURSECTOR 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/cm3.
• 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
• γd : 1,55 gr/cm3
• Cohesión : 0.1-0.25 kg /cm2
• φ´ : 33º
ANALISIS DE ESTABILIDADAltura > 20mTalud 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 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 ¼ A 1/5 DE ALTURA DE TALUD
Φ
MASA INESTABLE
ESTABILIDAD INTERNA
Muro Reforzado de Gaviones Muro Reforzado de Gaviones -- AntaminaAntamina
Muro de Concreto (protección)
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
EJE
DE
VIA
COTA DE EJE=
Linea blanca
020731+Progresiva
MURO DE GRAVEDAD DE GEOCELDAS ALTURA=2m
Estabilidad Externa
MOVIMIENTO HORIZONTAL
RESBALAMIENTO VOLCAMIENTO
ROTACIÓN
MOMENTO
ROTACIÓN
CAPACIDAD DE SOPORTE
INCLINACIÓN
SEDIMENTACIÓN
Estabilidad Externa
VOLCAMIENTO
ROTACIÓN
MOMENTO
MOVIMIENTO HORIZONTAL
RESBALAMIENTO INTERNO
MOVIMIENTOENTRECAPAS
Estabilidad Interna
Limpieza del material del pie del talud
PROCESO CONSTRUCTIVO KM. 731+00 AL KM. 731+248
Colocación de paneles para evitar el deslizamiento de la arena hacia la zona de trabajo.
Instalación de la capa de base del cimientolas 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 SISMICODE OBRAS DE CONTENCION
EN TALUDES DE ARENA
SISMO DE OCOÑA 21.06.01
Sismo de Ocoña21.06.01
Sismo de Ocoña21.06.01
Sismo de Ocoña21.06.01
Sismo de Ocoña21.06.01
Sismo de Ocoña21.06.01
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
τmax
σnφ (σn)
ALTO CONFINAMIENTOBAJO CONFINAMIENTO
RESPUESTA RAPIDA
RESPUESTA LENTA
CONTRADICE TEORIA DE ENVOLVENTE CURVO
¿MAYOR CONFINAMIENTO NO ERA MENOR ANGULO DE FRICCION?
45º
40º
42º
36º